Boosting hydrogel conductivity via water-dispersible conducting polymers for injectable bioelectronics

生物电子学 材料科学 自愈水凝胶 导电聚合物 纳米技术 明胶 聚合物 电导率 导电体 生物传感器 生物粘附 药物输送 化学 复合材料 高分子化学 物理化学 生物化学
作者
Hossein Montazerian,Elham Davoodi,Canran Wang,Farnaz Lorestani,Jiahong Li,Reihaneh Haghniaz,Rohan R Sampath,Neda Mohaghegh,Safoora Khosravi,Fatemeh Zehtabi,Yichao Zhao,Negar Hosseinzadeh,Tianhan Liu,Tzung K. Hsiai,Alireza Hassani Najafabadi,Róbert Langer,Daniel G. Anderson,Paul S. Weiss,Ali Khademhosseini,Wei Gao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 3755-3755 被引量:51
标识
DOI:10.1038/s41467-025-59045-1
摘要

Bioelectronic devices hold transformative potential for healthcare diagnostics and therapeutics. Yet, traditional electronic implants often require invasive surgeries and are mechanically incompatible with biological tissues. Injectable hydrogel bioelectronics offer a minimally invasive alternative that interfaces with soft tissue seamlessly. A major challenge is the low conductivity of bioelectronic systems, stemming from poor dispersibility of conductive additives in hydrogel mixtures. We address this issue by engineering doping conditions with hydrophilic biomacromolecules, enhancing the dispersibility of conductive polymers in aqueous systems. This approach achieves a 5-fold increase in dispersibility and a 20-fold boost in conductivity compared to conventional methods. The resulting conductive polymers are molecularly and in vivo degradable, making them suitable for transient bioelectronics applications. These additives are compatible with various hydrogel systems, such as alginate, forming ionically cross-linkable conductive inks for 3D-printed wearable electronics toward high-performance physiological monitoring. Furthermore, integrating conductive fillers with gelatin-based bioadhesive hydrogels substantially enhances conductivity for injectable sealants, achieving 250% greater sensitivity in pH sensing for chronic wound monitoring. Our findings indicate that hydrophilic dopants effectively tailor conducting polymers for hydrogel fillers, enhancing their biodegradability and expanding applications in transient implantable biomonitoring.
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