长期以来，科学界一直迷恋软生物电子设备的潜力，但在识别具有生物相容性并具有有效运行的所有必要特性的材料方面遇到了障碍。研究人员现在已经朝着正确的方向迈出了一步，修改了现有的生物相容性材料，使其在潮湿环境中有效地导电，并可以发送和接收来自生物介质的离子信号。
“我们谈论的是软生物电子材料在生物环境中有效发挥作用的能力的一个数量级的提高，”Aram Amassian说，他是一篇关于这项工作的论文的共同通讯作者和北卡罗来纳州立大学材料科学与工程教授。“这不是一个渐进式的进步。”
人们对创造具有广泛生物医学应用的有机生物电子学和有机电化学晶体管有着极大的兴趣。然而，一个限制因素是识别可以导电、与离子相互作用的无毒材料——这对于在生物环境中发挥作用以及在生物系统的水性水基环境中有效运行至关重要。
PEDOT：PSS是一种能够导电的无毒聚合物。PEDOT：PSS用于制造薄膜，这些薄膜实际上是只有纳米宽的光纤网络。电流可以流过纤维，这些纤维对环境中的离子也很敏感。
“我们的想法是，由于离子与纤维相互作用 - 并影响它们的电导率 - PEDOT：PSS可用于感知纤维周围发生的事情，”该论文的共同第一作者Laine Taussig说，他最近是北卡罗来纳州立大学的博士毕业生，现在在空军研究实验室工作。
“从本质上讲，PEDOT：PSS将能够监测其生物环境。但我们也可以利用电流来影响PEDOT：PSS周围的离子，向该生物环境发送信号，“共同第一作者、北卡罗来纳州立大学前博士后研究员Masoud Ghasemi说，他现在是宾夕法尼亚州立大学的博士后研究员。
然而，当放置在水性环境中时，PEDOT：PSS的结构稳定性会显着下降。这是因为PEDOT：PSS是一种由两种成分组成的单一材料：PEDOT，导电且不溶于水;PSS对离子有反应，但溶于水。换句话说，PSS使材料在与水接触时开始分崩离析。
以前稳定PEDOT：PSS结构的努力已经能够帮助材料承受水环境，但都损害了PEDOT：PSS作为导体的性能，并使离子更难与材料的PSS成分相互作用。
“我们在这里的工作很重要，因为我们找到了一种新方法来制造PEDOT：PSS，它在潮湿环境中结构稳定，能够与离子相互作用并非常有效地导电，”共同通讯作者、剑桥大学菲利普亲王技术教授George Malliaras说。
具体来说，研究人员从溶液中的PEDOT：PSS开始，然后加入离子盐。随着时间的流逝，离子盐与PEDOT：PSS相互作用，使其自组装成具有独特结构的纤维，在潮湿环境中保持稳定。然后干燥这种改性的PEDOT：PSS，并冲洗掉离子盐。
“我们已经知道离子盐会影响PEDOT：PSS，”Amassian说。这里的新之处在于，通过给离子盐更多的时间来观察这些影响的全部程度，我们修改了PEDOT和PSS的晶体结构，使其在分子尺度上基本上结合在一起。这使得PSS不受环境中水分的影响，使PEDOT：PSS能够在分子水平上保持其结构稳定性。
“这种变化也是分层的，这意味着在分子水平上一直到宏观尺度上都有变化，”该论文的合著者、北卡罗来纳州立大学神户制钢所材料科学与工程杰出教授Yaroslava Yingling说。“离子盐使PEDOT：PSS基本上重组成一个类似于网状凝胶的相，可以在干燥和潮湿的环境中保存。”
除了在水环境中保持稳定外，所得薄膜还保持其导电性。更重要的是，由于PEDOT和PSS紧密交织在一起，离子很容易到达材料的PSS成分并与之相互作用。
“PEDOT：PSS 的这个新阶段被我们在剑桥的合作者用于创建 OECT，”Amassian 说。这些OECT在体积电容和电子载流子移动性方面树立了最先进的新标准。换句话说，它是生物友好型电子产品中电导率和离子响应性的新黄金标准。
“鉴于PEDOT：PSS是透明的、柔韧的、可拉伸的、导电的和生物相容性的，潜在的应用范围是令人兴奋的——远远超出了生物医学领域，”共同通讯作者、宾夕法尼亚州立大学教授Enrique Gomez说。
