在植物表面氣相印刷製備聚合物電極

實時可穿戴健康監測裝置通常使用體表粘附電極作為檢測電極元器件。而這種電極監測元件主要是將聚合物，納米顆粒/納米線或碳材料等功能材料製備成薄膜，並貼敷在生物體組織表面進行體表信號檢測。然而，生物組織表面的微觀結構多樣，並且這種微結構活組織與體表監測膜之間的界面非常複雜，特別是薄膜形態和界面結構嚴重影響了檢測器件的性能和壽命。目前諸如智能貼片和按壓按鈕等商用的一次性使用電極通常受到電極的反覆的粘結與脫離，以及組織表面釋放的水分空氣等，嚴重影響了電極設備的長期使用能力。

近期，馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校的研究者展示了一種新的體表電極的製備方式，使用氣相印刷的方式在生物體電極表面直接製備生物相容性聚合物薄膜電極上，並且成功實現了生物組織的阻抗測量以及長期健康監測。在驗證的概念這項研究中，研究者使用活的植物作為一個實驗樣品，植物體表面具有豐富的表面形貌，並通常被用作類生物組織模型可以進行針對性的生化研究。此外，這種植物健康監測還可以用於糧食養殖，作物管理和生物危害等方面。

氣相印刷方式可以實現多種複雜結構的功能薄膜製備。如果可以開發溫和且通用的處理方法就可以實現在生物體上製備導電聚合物電極，並可以用於執行生物阻抗譜和健康監測。

圖 1 在植物葉片上通過氣相印刷聚合物薄膜

（A）用功能性聚合物薄膜蒸汽塗覆活植物的方法。（B）在低壓反應器中發生的氧化聚合反應和在該工作中使用的導電聚合物塗層PProDOT-Cl的結構。（C）具有塗有PProDOT-Cl的所選葉的尖端的景天石。（D）具有塗有PProDOT-Cl的最外層葉子的暴露表面的空氣設備。（E）使用放置在一片葉子上的聚醯亞胺膠帶掩模實現塗覆有PProDOT-Cl電極圖案的植物切割。（F）原始和PProDOT-Cl塗覆的天竺葵葉的數字照片（左）和光學顯微照片（右）。（G.）原始和PProDOT-Cl塗層的pothos葉片的數字照片（左）和光學顯微照片（中），以及原始和聚合物塗層的pothos的掃描電子顯微照片（SEM;右）。（H）用PProDOT-Cl電極圖案蒸汽塗覆的切割蘆薈葉的數字照片（左）和原始和聚合物塗覆的蘆薈造口的SEM（右）。

圖2 檢測塗層植物物質的健康狀況

（a）在48小時內監測原始和聚合物塗覆的（底部）hoya花的檢測圖片，（b）不同條件生長天數和環境下下製備的氣相印刷PProDOT-Cl薄膜的幼苗的數碼照片，（c）如插圖所示，不同去向上測量PProDOT-Cl塗層的表面電導率。（d）在棕櫚葉上PProDOT-Cl塗層在重複彎曲訓話下的電阻變化情況，（e）用水潤濕葉片促使其被動蒸發情況下的電阻變化。

圖 3塗有PProDOT-Cl電極墊的活植物的生物阻抗譜

（A）在130天監測期內聚合物pothos幼苗的照片。包括直接氣相印刷薄膜，以及在水裡和土壤中生長45,90，和130天後。（b）為pothos幼苗不同生長狀態下的頻率-阻抗響應曲線，以及（c）不同生長狀態下的頻率-相相角響應曲線。陰影區域表示測量數據的變化範圍。（b）中的插圖為阻抗測量的電路模型。（d）用於檢測乾旱生長條件下的聚合物塗覆的pothos葉的照片。（e）不同的脫水階段，pothos葉的頻率-阻抗響應曲線。（f）為pothos葉子的細胞膜電容（C M.）與含水量的函數關係。（g）為原始玉簪葉和經過UVA光照射的玉簪葉的照片。UVA照射的能量相當於9.5天的日照。（h）為原始（綠色）和UVA暴露（紫色）玉簪葉的頻率-阻抗響應曲線，（I）為想對應的頻率-相角響應曲線。

圖4 使用粘附光刻工藝開發製備的有機發光二極體

參考文獻：Large-areaplastic nanogap electronics enabled by adhesion lithography，npj Flexible Electronics 2, Article number: 18 (2018)

（來源：冪方科技）

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