Hybrid assembly of polymeric nanofiber network for robust and electronically conductive hydrogels

自愈水凝胶 纳米纤维 材料科学 导电体 纳米技术 聚吡咯 电导率 导电聚合物 生物电子学 电极 静电纺丝 聚合物 复合材料 生物传感器 高分子化学 化学 物理化学 聚合
作者
Huimin He,Hao Li,Aoyang Pu,Wenxiu Li,Kiwon Ban,Lizhi Xu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:44
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36438-8
摘要

Electroconductive hydrogels have been applied in implantable bioelectronics, tissue engineering platforms, soft actuators, and other emerging technologies. However, achieving high conductivity and mechanical robustness remains challenging. Here we report an approach to fabricating electroconductive hydrogels based on the hybrid assembly of polymeric nanofiber networks. In these hydrogels, conducting polymers self-organize into highly connected three dimensional nanostructures with an ultralow threshold (~1 wt%) for electrical percolation, assisted by templating effects from aramid nanofibers, to achieve high electronic conductivity and structural robustness without sacrificing porosity or water content. We show that a hydrogel composed of polypyrrole, aramid nanofibers and polyvinyl alcohol achieves conductivity of ~80 S cm-1, mechanical strength of ~9.4 MPa and stretchability of ~36%. We show that patterned conductive nanofiber hydrogels can be used as electrodes and interconnects with favorable electrochemical impedance and charge injection capacity for electrophysiological applications. In addition, we demonstrate that cardiomyocytes cultured on soft and conductive nanofiber hydrogel substrates exhibit spontaneous and synchronous beating, suggesting opportunities for the development of advanced implantable devices and tissue engineering technologies.
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