一项偶然的发现让来自某机构、某大学和某大学组成的科学家团队简化了一种在医学研究和计算应用中广泛使用的材料的生产工艺。
二十多年来，科学家们在使用一种名为PEDOT:PSS的复合材料时，一直采用化学交联剂来使这种导电聚合物在水中保持稳定。在尝试将该材料精确图案化以应用于生物医学光学的实验过程中，一位博士生与合作的研究人员跳过了添加交联剂的步骤，并在制备材料时使用了更高的温度。令他惊讶的是，最终得到的样品自身就保持了稳定——完全不需要交联剂。
研究人员发现，将PEDOT:PSS加热到超过通常的阈值，不仅能使其在无需交联剂的情况下保持稳定，还能制造出质量更高的器件。这种方法能够使生物电子器件的制造更容易、更可靠，其潜在应用包括神经植入物、生物传感器和下一代计算系统。
PEDOT:PSS是两种聚合物的混合物：一种传导电子电荷且不溶于水，另一种传导离子电荷且可溶于水。由于能同时传导两种类型的电荷，PEDOT:PSS架起了活体组织与科技之间的桥梁。
人类神经系统依赖离子（如钠离子和钾离子等带电粒子）来传递信号，而电子设备则使用电子工作。一种能同时处理两者的材料对于神经植入物和其他需要将生物活动转化为可读数据并在不损伤敏感组织的情况下发送信号的生物电子设备至关重要。
通过消除交联剂，这项研究发现不仅简化了PEDOT:PSS的制造工艺，还提高了其性能。新方法生产的材料电导率提高了三倍，并且批次间的稳定性更加一致——这些都是医疗应用的关键优势。
交联剂的作用是将PEDOT:PSS中的两种聚合物链化学键合在一起，形成一个互连的网络。然而，它仍然会使一些可溶性链暴露出来——这可能是导致稳定性问题的原因。此外，交联剂还引入了可变性和潜在的毒性。
相比之下，更高的热量通过引起材料的相变来稳定PEDOT:PSS。当加热到一定温度以上时，不溶于水的聚合物会在内部重组，将水溶性成分推到表面，然后可以被洗掉。剩下的是一层更薄、更纯、更稳定的导电薄膜。
研究人员表示，热处理过的生物电子器件，如晶体管、脊髓刺激器和皮层电图阵列（用于记录大脑活动的植入式电极网格或条带），比使用交联剂制造的器件更容易制造、更可靠，且性能同样出色。
这一发现可能有助于解释为什么以往将PEDOT:PSS用于长期神经植入物（包括某些机构的植入物）的努力会遇到稳定性问题。通过使PEDOT:PSS更加可靠，这一发现可能有助于推动神经技术的发展，包括用于在脊髓损伤后恢复运动的植入物，以及将大脑与外部设备连接起来的接口。
除了简化制造工艺，研究团队还找到了一种将PEDOT:PSS图案化为微观三维结构的方法——这一突破可能进一步改善生物电子设备。研究人员使用高精度飞秒激光，可以选择性地加热材料的特定部分，创建定制化的纹理，从而增强细胞与设备的相互作用。
研究人员对能够在微米尺度上3D打印这种聚合物感到非常兴奋。过去的研究中，研究人员探索了在电极上制作沟槽图案，发现细胞会优先粘附在与它们自身尺度相当的沟槽上。
这项技术可用于设计神经接口，以促进与周围组织的更好整合，从而提高信号质量和寿命。
此前，研究人员还曾在用于加速人工智能算法的神经形态存储器件的背景下研究过PEDOT:PSS。神经形态存储器是一种模仿大脑信息保留方式的人工存储器。
通过推翻一个长期存在的假设，这项研究不仅使PEDOT:PSS更易于使用，而且使其功能更强大——这一转变可能会加速更安全、更有效的神经植入物和生物电子系统的开发。
该研究得到了某机构、某基金会、某基金会、某信托基金、某基金会（奖项编号2026822, 1542152）、某研究所（EP/P024947/1, EP/R00661X/1）、某研究理事会（EP/W017091/1）和某联盟（玛丽·居里资助协议编号101022365）的支持。本文内容完全由作者负责，不一定代表资助方的官方观点。FINISHED
