Control of polymers’ amorphous-crystalline transition enables miniaturization and multifunctional integration for hydrogel bioelectronics

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作者
Sizhe Huang,Xinyue Liu,Shaoting Lin,Christopher Glynn,Kayla Felix,Atharva Sahasrabudhe,Collin Maley,Jingyi Xu,Weixuan Chen,Eunji Hong,Alfred J. Crosby,Qianbin Wang,Siyuan Rao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 3525-3525 被引量:55
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47988-w
摘要

Soft bioelectronic devices exhibit motion-adaptive properties for neural interfaces to investigate complex neural circuits. Here, we develop a fabrication approach through the control of metamorphic polymers' amorphous-crystalline transition to miniaturize and integrate multiple components into hydrogel bioelectronics. We attain an about 80% diameter reduction in chemically cross-linked polyvinyl alcohol hydrogel fibers in a fully hydrated state. This strategy allows regulation of hydrogel properties, including refractive index (1.37-1.40 at 480 nm), light transmission (>96%), stretchability (139-169%), bending stiffness (4.6 ± 1.4 N/m), and elastic modulus (2.8-9.3 MPa). To exploit the applications, we apply step-index hydrogel optical probes in the mouse ventral tegmental area, coupled with fiber photometry recordings and social behavioral assays. Additionally, we fabricate carbon nanotubes-PVA hydrogel microelectrodes by incorporating conductive nanomaterials in hydrogel for spontaneous neural activities recording. We enable simultaneous optogenetic stimulation and electrophysiological recordings of light-triggered neural activities in Channelrhodopsin-2 transgenic mice.
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