加州大学洛杉矶分校（UCLA）Ali Khademhosseini教授和张世明博士AFM：水凝胶转印助力开发柔性有机传感器

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相比于传统的无机电子器件，有机电子器件具备质轻，柔性，生物相容性好，易于加工等诸多优点，使其在柔性以及可穿戴电子领域有很好的应用前景。近年来，在柔性生物医疗电子市场需求的驱动下，利用导电聚合物（如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，PEDOT:PSS）开发柔性有机生物电子器件（如有机电化学晶体管(OECTs)）的研究正在迅速增加。相比于其他有机传感器件，OECT具备更高的检测灵敏度以及更低的制备成本。然而，在表面粗糙，疏水的柔性衬底上直接加工处理PEDOT:PSS薄膜仍然是一个技术难题。

针对上述问题，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的Ali Khademhosseini教授和Shiming Zhang （张世明） 博士等研究者提出了一种基于水凝胶载体的转移印刷新方法。该方法可将在传统的玻璃衬底上加工处理后的PEDOT:PSS薄膜转印到柔性衬底上，为制备超薄、可穿戴、以及皮肤可贴附有机生物电子器件提供了一种新的策略。

图一：水凝胶转印PEDOT:PSS薄膜示意图

研究发现，旋涂在玻璃基底上的PEDOT:PSS薄膜，一旦与表面活性剂混合，就可以被完整的转移到水凝胶上 ( 图一)。进一步研究表明转移效率不受薄膜的成分以及加热时间的影响。贴附在水凝胶上的薄膜可以被进一步转移到各种柔性基底上，转移过程无需任何其他处理。该方法允许将图案化的PEDOT:PSS纳米薄膜从玻璃衬底简单、快速、和可靠地转移到各种软衬底上，进而促进其在柔性有机生物电子器件当中的应用。

图二：利用水凝胶转印PEDOT:PSS制备的皮肤可贴附的OECT传感器

利用该方法，通过将PEDOT:PSS薄膜转印到镀有微电极阵列的纹身纸上面，该团队开发出了皮肤可贴附OECT传感器阵列 (图二)。贴附在皮肤上的OECT传感器在皮肤拉伸5%或者压缩40%的情况下仍保持稳定的电学及机械性能。通过进一步和小型化的无线测试模块以及蓝牙通讯模块整合，器件可以高效的检测汗液中健康信息，例如和糖尿病直接相关的葡萄糖浓度，检测极限可以达到微摩量级 （图三）。展示了其在生物医疗领域的巨大应用潜力。

图三：利用皮肤可贴附OECT无线监测葡萄糖浓度

以上相关成果发表在Advanced Functional Materials （DOI：10.1002/adfm.201906016）上。论文通讯作者Ali Khademhosseini教授长期从事水凝胶在生物医疗领域的研发。论文第一作者是实验室博士后张世明博士（共同通讯作者）。 张世明博士长期从事柔性有机生物电子的研发。近年来已在该领域发表了大量高影响论文 (Adv. Mater. 2019, 1904752; Adv. Mater. 2017, 29, 1703098; Adv. Funct. Mater. 2019, 1906016; Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1900191; Nature. 2018, 561, 466-467; Chem. Mater. 2017, 29, 3126; )。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.201906016

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