Intercellular Ion-Gradient Piezoheterogated Biphasic Gel for Ultrahigh Iontronic Generation

化学 离子 离子键合 离子运输机 纳米技术 离子通道 神经调节 细胞内 生物物理学 化学物理 材料科学 生物化学 有机化学 生物 受体
作者
Weipeng Chen,Suli Zhang,Ao Zhang,Huirong Liu,Zhixin Wu,Linxin Zhai,Xiaomin Dong,Zhiping Xu,Ziguang Zhao,Liping Wen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c13305
摘要

Piezoionic materials have attracted considerable attention for their ability to generate iontronic signals or power in response to stress stimuli. However, the limited intrinsic transport distinction between cations and anions within most ionic materials results in weakened iontronic power conversion efficiencies under stress fields. Here, we report a piezoheterogated biphasic gel for ultrahigh iontronic generation, characterized by high-internal microphase heterointerfaces that facilitate the distinct transport of various ion species. Due to the ion confinement effect of cell-like multicompartments, a stable intercellular ion gradient within biphasic gel systems can be established in situ, constructing the chemical potential to further enhance ionic transmission efficiency and obtain a high-density net ion flux in the piezoionic process. Consequently, as a reliable piezo cell, a record maximum power of 150 W/m3 over 24 h can be realized. Meanwhile, we develop piezoionic devices that can interface with paralyzed vagus nerves and successfully regulate the blood pressure of rodents through their neuromodulation. By matching the ion species with heterointerface gating effects to regulate the ionic transmission efficiency, the piezo signal neuromodulation process can be further governed. We anticipate that the bioinspired heterointerface engineering strategy can provide new insights into designing high-performance piezoionic systems for promising abiotic–biotic applications.
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