Graphene and Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)–Polystyrene Sulfonate Hybrid Nanostructures for Input/Output Bioelectronics

生物电子学 佩多:嘘 聚苯乙烯磺酸盐 材料科学 微电极 电极 纳米材料 石墨烯 导电聚合物 纳米技术 聚苯乙烯 聚合物 生物传感器 化学 复合材料 图层(电子) 物理化学
作者
Raghav Garg,Gaurav Balakrishnan,Reem B. Rashid,Samuel A. Gershanok,Daniel San Roman,Yingqiao Wang,Peter C. Kouassi,Jonathan Rivnay,Tzahi Cohen‐Karni
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (10): 8495-8505 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c00849
摘要

The ability to sense and stimulate cellular and tissue electrophysiology is fundamental to input/output bioelectronics. Their functionality is primarily governed by the structural and functional properties of the constituent electrode materials. Conventional electrode materials are hindered by their two-dimensional topology, high electrochemical impedances, low charge injection capacities, and limited stability over chronic timescales. Here, we propose a strategy for obtaining high-surface-area hybrid-nanomaterial for efficient I/O bioelectronics by conformally templating conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene)–polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) onto nanowire-templated three-dimensional (3D) fuzzy graphene (NT-3DFG). The result is a high-performance electrode material that can leverage the exceptional surface area of NT-3DFG and the volumetric charge storage properties of PEDOT:PSS. Owing to its high surface area, NT-3DFG microelectrodes exhibit lower electrode impedance and up to 35-fold greater charge injection capacity (CIC) compared to conventional metal microelectrodes. Conformally templating PEDOT:PSS onto NT-3DFG further reduces electrode impedance and enhances CIC by 125-fold compared to conventional metal microelectrodes. Moreover, the NT-3DFG-based nanomaterials exhibit high functional stability. Our results highlight the importance of extrapolating electrode topography to 3D and developing hybrid nanomaterials for miniaturized microelectrodes for functional bioelectronics.
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