近年来,软生物电子器件和由软物质制成的可植入、可穿戴电子设备由于其能在生物组织和电子设备之间架起桥梁而得到快速的发展.软生物电子器件能够及时收集和传输来自人体各个部位的生物电子信号,包括皮肤、心脏、脊髓和大脑.因此,成为了健康监测、智能给药、神经修复装置等新兴应用的核心.

 

        水凝胶是一类类似于细胞外基质的亲水聚合物交联网络,在组织工程、药物传递、细胞培养和再生生物医学等领域广泛应用于组织模拟材料.与生物组织类似,软的水凝胶也具有高含水量,使得离子和生物分子可以轻易地穿透,这些特点使其成为生物电子器件的优先选择.例如,现有的水凝胶基的生物电子器件就有引入各种各样的柔性传导物,如盐溶液、离子水凝胶,三维金属弹簧,金属纳米线,石墨烯/水凝胶复合体和导电高分子等.

 

        深圳大学孔湉湉团队-刘雅铭(第一作者)将海藻酸钠-聚丙烯酰胺双网络水凝胶与CO2激光雕刻法结合起来,利用水凝胶中海藻酸钠和丙烯酰胺的第一步半固化使其具备相应刚度,然后用CO2激光刻蚀半固体与离子交联的海藻酸盐和半固化的PAAm,得到定制的微通道.用微通道将一块未刻蚀的半固态材料放在微通道的顶部,进一步利用半固态材料中剩余的AAm单体进一步交联实现粘合.得到的水凝胶基微流控芯片通过灌注液态金属以制备生物电子设备,并应用于传感器和NFC芯片的制作上.

高强度水凝胶微流控芯片的制备工艺原理图和机理

 

相关参数及应用

 

该成果近期以"Ultrastretchable and Wireless Bioelectronics Based on All-Hydrogel Microfluidics"为题发表于国际学术期刊《ADVANCED MATERIALS》上.