Engineering Electrodes with Robust Conducting Hydrogel Coating for Neural Recording and Modulation

材料科学 调制(音乐) 电极 纳米技术 涂层 复合材料 声学 物理化学 化学 物理
作者
Jiajun Zhang,Lulu Wang,Yuhua Xue,Iek Man Lei,Xingmei Chen,Pei Zhang,Chengcheng Cai,Xiangyu Liang,Yi Lu,Ji Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (3): e2209324-e2209324 被引量:152
标识
DOI:10.1002/adma.202209324
摘要

Coating conventional metallic electrodes with conducting polymers has enabled the essential characteristics required for bioelectronics, such as biocompatibility, electrical conductivity, mechanical compliance, and the capacity for structural and chemical functionalization of the bioelectrodes. However, the fragile interface between the conducting polymer and the electrode in wet physiological environment greatly limits their utility and reliability. Here, a general yet reliable strategy to seamlessly interface conventional electrodes with conducting hydrogel coatings is established, featuring tissue-like modulus, highly-desirable electrochemical properties, robust interface, and long-term reliability. Numerical modeling reveals the role of toughening mechanism, synergy of covalent anchorage of long-chain polymers, and chemical cross-linking, in improving the long-term robustness of the interface. Through in vivo implantation in freely-moving mouse models, it is shown that stable electrophysiological recording can be achieved, while the conducting hydrogel-electrode interface remains robust during the long-term low-voltage electrical stimulation. This simple yet versatile design strategy addresses the long-standing technical challenges in functional bioelectrode engineering, and opens up new avenues for the next-generation diagnostic brain-machine interfaces.
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