水凝胶因其机械性能和化学性质与生物组织的相似性而在生物技术中得到了广泛应用，而半导体则提供了高级的电子和光电子功能，如信号放大、传感和光调节。将半导体的特性与水凝胶设计相结合可以增强生物互动功能和生物界面的亲密性，但由于聚合物半导体的亲水性较低，两者的结合具有挑战性。
近期，芝加哥大学王思泓团队开发了一种溶剂亲和力诱导组装方法，将不溶于水的聚合物半导体整合到双网络水凝胶中。这些半导体具有与组织相近的模量（如软至81 kPa，可拉伸性达150%应变），以及载流子迁移率高达1.4 cm² V⁻¹ s⁻¹。当它们与生物组织界面接触时，与组织相近的模量能够减轻免疫反应。水凝胶的高孔隙率增强了半导体-生物流体界面上的分子互动，实现了更高响应的光调节和更高灵敏度的体积生物传感。该工作以题为“Soft hydrogel semiconductors with augmented biointeractive functions”的论文发表在最新一期《Science》上，第一作者为Dai Yahao。
图1. 水凝胶半导体用于生物界面多模式应用
水凝胶半导体设计和制备的关键部分是聚合物半导体p(g2T-T)在凝胶化和溶剂交换步骤中的组装过程。
图2. 水凝胶半导体形成过程中的形态演化
图3. 水凝胶半导体薄膜的电学和机械性能
使用水凝胶半导体与生物组织或皮肤接口的两个优势分别是超低模量带来的更高顺应性以及弱化的排异反应（FBR）。图4. 水凝胶半导体可缓解FBR并增强光调制效果
图5. 使用水凝胶半导体薄膜进行生物传感：具有更高灵敏度的体积传感和具有类组织模量的基于水凝胶的OECT设备
该研究所设计的互穿双网络水凝胶半导体将高性能的半导体特性与类似组织的柔软性、高孔隙率和生物分子的有效传输相结合。水凝胶的特性改善了半导体在组织表面的适用性和免疫兼容性。具有高表面积比的高孔隙形态还增强了生物电子功能，例如更强的光电化学和光热效应用于光调节，以及通过体相传感实现更高灵敏度的生物传感。所有这些功能都是通过溶剂交换处理方法实现，该方法绕过了聚合物半导体对水加工性的需求。这种方法对不同设计的氧化还原活性半导体聚合物具有广泛的应用价值，使得水凝胶设计能够应用于需要不同能带结构和光电子性质的不同半导体功能。值得注意的是，王思泓课题组去年在《Science》杂志上报道了关于将聚合物半导体应用于生物电子的另一个材料设计的方向。https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp9314免责声明：所载内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道，我们对文中观点保持中立态度。本文仅供参考，交流。转载的稿件版权归原作者和机构所有，如有侵权，请联系我们删除。