凝固浴辅助3D打印具有高分辨率和强生物电子器件基板附着力的PEDOT:PSS

供稿人：姚思琦、王玲 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室


近年来，由于PEDOT:PSS高度的生物相容性和优良导电性，它被广泛应用于储能、柔性电子、以及最近的生物电子等领域。相比于传统制造技术，3D打印成本低，在制造过程中需要最少的人工干预，然而目前报道的可3D打印PEDOT:PSS方案较少。基于此，西湖大学周南嘉博士团队报道了一种不使用有机溶剂，在室温下用凝固浴辅助直写成型（DIW）技术制备PEDOT:PSS，并描述了一种简单的后处理方法，使其在各种基底上具有强附着力。

研究人员探索出一种适用于PEDOT:PSS的高分辨率3D打印方法，将浓缩的PEDOT:PSS液体油墨通过DIW喷嘴挤压，当打印到十二烷基苯磺酸(DBSA)凝固浴时，立即凝结成自支撑的凝胶。 为实现最佳打印方式，凝固浴中DBSA的浓度和PEDOT:PSS的浓度是两个显着的变量，可打印PEDOT:PSS油墨浓度需超过3%，10%浓度的DBSA凝固浴适合图案印刷。 打印速度和喷嘴压力是影响合成水凝胶丝性能的两个主要因素，在直径为100μm的固定喷嘴下，研究人员测试了印刷速度和压力对挤出长丝直径的影响。

图1 凝固浴辅助3D打印工艺参数研究

研究人员为验证基于凝固浴打印的PEDOT:PSS作为生物兼容电子器件的基本属性，分别研究了机械弯曲对打印的PEDOT:PSS电性能的影响、测试其电化学性能及其在生理条件下的长期稳定性以及通过30×5mm矩形试样的拉伸试验表征PEDOT:PSS水凝胶的力学性能。结果表明打印PEDOT：PSS的优越柔软性和高导电性可能在生物电子设备和植入物中具有巨大的潜力，特别是在神经调节治疗中。

图2 凝固浴辅助直写成型技术亮点及应用

进一步的，研究人员选择改变凝固浴的组成成分，以提高PEDOT:PSS水凝胶的力学性能，并通过简单的基材处理和后处理，实现了PEDOT:PSS对多种基材的强附着力。最后打印了一个皮质级神经接口，使用打印的PEDOT:PSS电极阵列进行全程监测，接口在植入三个月后仍然完好无损，这表明电极阵列在生理环境中经历了最小程度的退化，证明了神经界面的长期稳定性。

这种基于凝固浴的DIW技术为高分辨率、多材料柔性电子和生物电子的快速创新开辟了大量的新途径。此外，在水条件下对多种基材的强附着力使多功能生物电子器件的多材料制造成为可能。
参考文献：

    郑毅，王毅，张飞，等。 凝固浴辅助 3D 打印 PEDOT:PSS 的高分辨率和强基板附着力用于生物电子器件 [J]. 先进材料技术，2022。