A reusable, healable, and biocompatible PEDOT:PSS hydrogel-based electrical bioadhesive interface for high-resolution electromyography monitoring and time–frequency analysis

佩多:嘘 材料科学 生物相容性 肌电图 光电子学 电容感应 纳米技术 生物医学工程 电子工程 计算机科学 复合材料 聚合物 工程类 医学 心理学 精神科 冶金 操作系统
作者
Rongtai Wan,Jiawen Yu,Ziyi Quan,Hude Ma,Jinhao Li,Fajuan Tian,Wen Wang,Yajuan Sun,Junyan Liu,Dian Gao,Jingkun Xu,Baoyang Lu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:490: 151454-151454 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151454
摘要

As the most ideal interface between bioelectronic devices and biological tissues, the electrical bioadhesive interface (EBI) holds significant potential for various applications, including soft bioelectronics, wearable devices, and electrophysiological signal monitoring. However, most current EBIs are disposable products that lack repeatable adhesion and self-healing properties, thus hindering practical applications. Herein, we develop a reusable EBI by incorporating a dynamic non-covalent interaction enhancer polydopamine (PDA) and conductive PEDOT:PSS into an adhesive hydrogel matrix polyacrylamide (PAM). The EBI exhibits intriguing overall electrical and mechanical properties, including high conductivity (5.57 S m−1), tissue-like Young's modulus (2.7 kPa), low interfacial impedance (1 kΩ), and excellent adhesion strength (46.45 ± 1.75 kPa on porcine skin) with excellent retention (87 %) after 200 adhering/detaching cycles, high self-healing efficiency of 94.11 %, and outstanding biocompatibility in HDF-a and HaCaT cell models. Benefiting from these superior properties, we further demonstrate the fabrication and application of an EBI-based reusable electromyography monitoring patch (EMP). The reusable EMP enables high-resolution electromyography signal monitoring capability with a higher signal-to-noise ratio (SNR) of 30.05 dB than commercial electrodes (12.06 dB). Remarkably, such reusable EMP maintains very stable SNR of 21.82 dB after 200 adhering/detaching cycles (3.8 times higher than commercial electrodes, 5.74 dB after 30 cycles), and showcases typical time and frequency-domain characteristics. These findings demonstrate a promising reusable EMP to enhance the accuracy and convenience of electromyography monitoring.
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