具有優(yōu)異電學(xué)性能的碳?xì)饽z被認(rèn)為是生物電子學(xué)中用于信號檢測和電刺激的有前途材料。為解決碳?xì)饽z與生物界面（尤其是動態(tài)組織和器官）的機械不兼容性問題，引入水凝膠是一種有效策略。然而，在碳?xì)饽z-水凝膠雜化材料中實現(xiàn)優(yōu)異的電學(xué)性能仍然是一項重大挑戰(zhàn)。這一難題主要由兩個關(guān)鍵因素導(dǎo)致：1）制備過程中水凝膠的無限制滲透可能導(dǎo)致導(dǎo)電氣凝膠被完全包裹；2）水凝膠的高溶脹行為可能造成氣凝膠的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。在此，同濟醫(yī)學(xué)院方寅教授聯(lián)合上海大學(xué)Menahem Y. Rotenberg教授團(tuán)隊通過在分級多孔碳?xì)饽z（PA）與聚乙烯醇（PVA）水凝膠之間形成互鎖網(wǎng)絡(luò)，獲得了一種可拉伸的高導(dǎo)電性生物電子界面。由于PVA對多孔結(jié)構(gòu)的受限滲透，PA的部分暴露得以維持其電學(xué)性能，而非溶脹性的PVA則確保了機械拉伸性和穩(wěn)定性。該雜化材料表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性（370 S·m-1）、高電荷存儲容量（1.66 mC·cm-2）、顯著的拉伸性（250%）以及超過三個月的長期穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的信號記錄和電刺激。碳?xì)饽z-水凝膠雜化材料首次在大鼠心臟模型中實現(xiàn)了離體和在體心臟起搏。與傳統(tǒng)鉑電極相比，PA-PVA電極所需的起搏電壓更低，顯示出在功率效率和減少組織損傷方面的潛在優(yōu)勢。這些電極可與無線植入式設(shè)備集成，用于體內(nèi)同步心電圖監(jiān)測和心臟起搏，突顯了其在心律失常管理中的潛力。相關(guān)研究以“Hierarchical Porous Aerogel-Hydrogel Interlocking Bioelectronic Interface for Arrhythmia Management”為題發(fā)表在Small Methods期刊上。

導(dǎo)電水凝膠是開發(fā)柔性可拉伸傳感器件的理想材料，然而它們的關(guān)鍵特性，如高靈敏度、優(yōu)異的拉伸性和環(huán)境穩(wěn)定性，難以同時實現(xiàn)，限制了其廣泛應(yīng)用。近日，湖南大學(xué)段輝高教授團(tuán)隊提出了一種由Kirigami剪紙結(jié)構(gòu)啟發(fā)的工程策略，顯著提高有機水凝膠應(yīng)變傳感器的應(yīng)變靈敏度，并實現(xiàn)了水下人機交互系統(tǒng)應(yīng)用和可穿戴摩斯密碼的人工智能識別。成果以“Kirigami-Inspired 3D-printable MXene Organohydrogels for Soft Electronics”為題發(fā)表在國際材料與器件領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials (https://doi.org/10.1002/adfm.202308487)上，該論文的第一作者是湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院的卓鳳玲，通訊作者為湖南大學(xué)機械運載工程學(xué)院段輝高教授和周劍副教授。

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