Обзор процесса термической обработки, продемонстрированный с помощью печатного напечатанного PEDOT: PSS -рисунка на ткани, которая остается стабильной после промывки в моющем средстве. Кредит: Продвинутые материалы (2025). Два: 10.1002/adma.202415827
Последние достижения в области материаловедения открыли новые возможности для изготовления биоэлектроники, устройств, предназначенных для ношения или имплантирования в организм человека. Биоэлектроника может помочь отслеживать или поддерживать функцию органов, тканей и клеток, что может способствовать профилактике и лечению различных заболеваний.
Многообещающим материалом для изготовления биоэлектроники является PEDOT: PSS, полимер, известный своей высокой электрической проводимостью, гибкостью и совместимостью с биологическими тканями. Несмотря на свои выгодные свойства, PEDOT: PSS, как известно, постепенно растворяется в биологических жидкостях, ограничение, которое до сих пор было противодействует с использованием химических соединений и процессов.
Исследователи из Стэнфордского университета, Университета Кембриджского университета и Райс, недавно обнаружили более легкую и потенциально более безопасную стратегию по стабилизации этого био-совместимого полимера с использованием тепла. Предлагаемая тепловая обработка, изложенная в журнале Продвинутые материалыбыло обнаружено, что пленки PEDOT: PSS стабильны в воде без необходимости каких -либо химических добавок.
«Эта работа началась с случайного открытия в ходе моего предыдущего исследования, где я использовал отзывчивый полимер, PEDOT: PSS для создания фотонных устройств, изменяющих форму»,-сказал Tech Xplore Сиддхарт Доши, автор статьи.
«Я заметил, что пленки PEDOT: PSS, которые я случайно выпекал при более высоких, чем обычные температуры, не растворились в воде. Это было огромным сюрпризом, поскольку PEDOT: PSS является широко изученным проводящим полимером, и для того, чтобы обойти тот факт, что он рассыпается в воде, сотни биоэлектронных бумаг используют химические перекрестные линии, чтобы нарастать их размышления».
После того, как это удивительное наблюдение в рамках их предыдущих исследований Доши и его коллеги решили изучить возможность нагревания пленок PEDOT: PSS также могут стабилизировать их в жидкостях. Кроме того, они хотели определить, что именно произошло, когда пленки были нагреты выше определенных температур, как этот процесс нагрева влияет на их свойства и может ли подход на основе тепла заменить существующие процессы химической стабилизации.
«Ключевым преимуществом нашего подхода является его простота-вы можете просто нагреть пленки коммерческих, немодифицированных PEDOT: PSS на горячей пластине между 150 ° C до 200 ° C в течение 2 минут, и он больше не растворяется в воде»,-объяснил Доши. «Он работает на разных субстратах, включая растягиваемые пластмассы и даже различные ткани, и избегает многих осложнений химических кросс -засох, которые влияют на проводимость и надежность фильмов».
Тепловая обработка, разработанная исследователями, также может позволить прямую паттерну PEDOT: PSS, просто применяя тепло на определенные сайты на пленках и, таким образом, устраняя необходимость в сложных методах литографии. В рамках своего исследования Доши и его коллеги также продемонстрировали 3D-печать PEDOT: PSS в микромасштабной масштабе, используя сфокусированный фемтосекундный лазерный луч.
«PEDOT: PSS сильно поглощается на ближней инфракрасной длине волны лазерной волны, которая вызывает местное отопление»,-сказал Доши. «Благодаря сканированию сфокусированного лазерного пятно, мы могли бы локально стабилизировать трехмерные узоры в пленке, которые остаются даже после того, как непрерывные части пленки смываются в воде. В качестве хорошего дополнительного преимущества это дает нам экологически чистый способ для узор этого материала, используя только воду для обработки вместо других токсичных растворов».
Первоначальные тесты, проведенные исследователями, дали очень многообещающие результаты. В конечном счете, их подход, основанный на тепла, был обнаружен, который делает пленки PEDOT: PSS пленки стабильными в воде, а также улучшает их производительность.
Обладательную экспозицию сфокусированного фемтосекундного лазерного луча позволяет получить микромасштабную 3D-печать немодифицированного PEDOT: PSS. Кредит: Продвинутые материалы (2025). Два: 10.1002/adma.202415827
«Биоэлектронные устройства, обработанные тепло, такие как транзисторы, стимуляторы спинного мозга и массивы электрокортикографии (ECOG) были легче изготовить, более надежные и одинаково высокие показатели. И они оказались устойчивыми в хронических экспериментах in vivo, поддерживая стабильность в течение более 20 дней после имплантации»,-сказал Margaux Forner, Ph.D. Студент из Кембриджского университета и автор со-первого на газете.
«Примечательно, что пленка сохраняла превосходные электрические характеристики при растяжении, подчеркивая его потенциал для устойчивых биоэлектронных устройств как внутри, так и снаружи тела».
«Наша характеристика предполагает, что термообработка движет фазовым разделением регионов PEDOT и богатых PSS, помогая стабилизировать полимерную смесь, создавая сеть нерастворимой в воде, богатой педот-фазой»,-добавил Скотт Кин, доцент в Райс Университет и старший автор статьи. «В дополнение к созданию полимерного водного установки, мы обнаружили, что разделение фазы улучшает как проводимость, так и емкость наших пленок, два критических параметра для биоэлектронных устройств».
Кроме того, простая тепловая обработка, представленная Доши и его коллегами, может быть легко интегрирована с существующими производственными процессами. Таким образом, в будущем он может упростить разработку различных устройств на основе PEDOT: PSS, включая биоэлектроника, а также носимую электронику и электронные шкуры.
«Мы также очень рады способности 3D-печать полимеров на микромасштабе»,-сказал Доши. «Это было главной целью для сообщества, так как написание этого функционального материала в 3D может позволить вам взаимодействовать с 3D Миром биологии. Как правило, это делается путем объединения PEDOT: PS с различными фоточувствительными связующими или смолами; однако эти дополнения влияют на свойства материала или оспаривают масштабирующие шкалы длины микрон».
Исследователи успешно использовали свой подход на основе тепла для создания сложных трехмерных структур, включая блоки, текстурированные поверхности и скульптурные испытательные элементы с кривыми, скосами и углублениями, изготовленными из PEDOT: PSS. Они достигли этого с использованием фемтосекундных лазерных паттернов, но в конечном итоге это также может быть достигнуто с использованием других лазерных методов.
Исследователи надеются, что другие ученые и инженеры по материалам начнут экспериментировать с тепловой обработкой и использовать его для стабилизации пленок PEDOT: PSS, не полагаясь на химические процессы. В будущем их недавно введенный подход может облегчить использование этих фильмов для разработки имплантируемых устройств и других устройств, которые должны быть устойчивы к воде или другим жидкостям.
«Одним направлением для будущих исследований будет изучение новых способов взаимодействия с 3D World of Biology с помощью функциональных клеточных межположений»,-сказал Доши. «Мы также заинтересованы в том, чтобы вернуться к нашей первоначальной мотивации изучения новых способов изготовления PEDOT: PSS, которая заключается в создании переключаемых трехмерных фотонных устройств, которые используют электрооптическую настроение PEDOT: PSS для динамического изменения своих оптических свойств.
«Существует большой интерес к области микро и нанооптики для устройств, которые изменяют их функциональность по требованию, и 3D-устройства могут иметь много преимуществ по сравнению с 2D-устройствами, которые наиболее широко изучались на сегодняшний день».
В своих следующих исследованиях Доши и его коллеги также планируют дальнейшее исследование фундаментальных механизмов, лежащих в основе стабилизации PEDOT: PSS, когда он нагревается выше 150 ° C в течение более двух минут. Для этого они будут использовать передовые методы визуализации и материальной характеристики.
«Такие методы, как проникновение в проницательную электронную микроскопию на месте или рентгеновская дифракция in-situ, могут позволить нам визуализировать то, что именно происходит с цепями PEDOT и PSS и общей микроструктурой материала в режиме реального времени»,-добавил Доши.
Больше информации:
Doshi et al., Термическая обработка создает водные пленки: PSS для биоэлектроники, Продвинутые материалы (2025). Два: 10.1002/adma.202415827
Информация журнала:
Продвинутые материалы
© 2025 Science X Network
Цитирование: Стабилизация на основе тепла проводящего полимера упрощает изготовление биоэлектроники (2025, 14 марта), извлеченное 15 марта 2025 года из этого документа, подлежит авторским правам. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
