【引言】

導電聚合物水凝膠是一種具有組織模擬力學性能和優異電性能的聚合物網絡，已成為生物醫學設備、柔性電子設備、軟機器人等領域的通用材料。其中，以聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）為基礎的水凝膠因其在生理環境中具有獨特的導電性和電化學穩定性而特別引人注目。為了優化PEDOT:PSS水凝膠的性能，研究人員采用了多種策略，包括合成方法、增材工程、和后處理設計。這些方法顯著增強了PEDOT:PSS水凝膠在組成、結構和功能方面的可調性。這些進步使這些水凝膠能夠有效地作為生物電子元件發揮作用，特別是在神經記錄、電刺激和實時生理監測等要求苛刻的應用中。盡管在材料合成和性能開發方面取得了重大進展，但仍然迫切需要可靠的、高分辨率的圖像化方法來在柔性襯底上制造基于PEDOT: PSS的水凝膠。為了滿足下一代生物電子學中對機械靈活性，小型化和精確設備配置日益增長的需求，分辨率低至10微米甚至亞微米的圖案是必不可少的。能夠實現如此精細分辨率的技術的發展對于增強這些水凝膠在需要與軟組織保形接觸的應用中的適應性和功能至關重要，從而推動生物電子學和軟機器人技術的創新。

PEDOT:PSS基水凝膠的理想圖圖化方法應該滿足三個關鍵標準：i)它應該適用于PEDOT:PSS，以實現優異的導電性和組織樣機械性能；ii)它應該與柔性基材上的直接圖圖化完全兼容，而不需要額外的轉移；iii)它應該能夠產生高分辨率的圖案以及復雜的結構圖案。然而，目前的方法無法同時滿足上述所有要求。例如，激光直接寫入由于涉及高能量密度，導致PEDOT:PSS相分離。這將導致水凝膠中含水量的顯著減少，從而增加楊氏模量并降低拉伸性能。最終，這導致與生物組織的相容性降低，限制了其在生物醫學設備中的實際應用。此外，3D打印和絲網印刷等技術可以在溫和條件下對PEDOT: PSS為基礎的導電聚合物水凝膠進行圖案制作，但實現高分辨率（例如小于10微米的圖案）仍然具有挑戰性。挑戰來自于油墨配方的復雜性、粘度優化、和隨后的后處理步驟，這些步驟是將印刷油墨轉化為功能性水凝膠所必需的。

相比之下，光刻技術提供了以并行和可擴展的方式產生高分辨率圖案的能力。然而，目前直接將PEDOT:PSS與光敏聚合物混合的光刻方法往往忽略了相分離問題，而相分離對于保持高導電性至關重要。雖然光交聯工藝可以提高材料的機械性能，但它通常會導致低電導率（<1 S cm-1）。因此，雖然光刻技術在精確的圖案形成方面表現出色，但同時保持PEDOT:PSS水凝膠所需的電氣和機械性能仍然是一個重大挑戰。

江西科技師范大學盧寶陽等人合理設計合成了以聚（3,4-乙烯二氧噻吩）和聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）為導電相，以光敏基質為機械相的光敏雙相導電聚合物水凝膠（PB-CH）。在光引發交聯過程中，PB-CH內相分離結構的形成保持了導電通道的完整性。這使電導率損失最小化，這是類似材料中常見的限制。值得注意的是，所得的PB-CH具有優異的導電性（≈30 S cm-1），強大的機械性能（拉伸應變高達50%）和高光致性。對光刻工藝的詳細研究確定了實現5 μm高分辨率圖案的關鍵技術參數。通過同時保持可加工性、導電性和機械靈活性，這種PB-CH代表了先進柔性電子應用的理想候選者，為制造高性能導電聚合物水凝膠提供了一種新技術。

【結果】

W. Wang , J. Liu , H. Li , Y. Zhao , R. Wan , Q. Wang , J. Xu , B. Lu , Photopatternable PEDOT:PSS Hydrogels for High-Resolution Photolithography .Adv. Sci.2025 , 2414834.

https://doi.org/10.1002/advs.202414834

來源：光電未來