Biphase Ionic Hydrogels with Ultrasoftness and High Conductivity for Bio-Ionotronics

自愈水凝胶 离子电导率 材料科学 电导率 离子键合 纳米技术 化学工程 化学 离子 电解质 高分子化学 物理化学 有机化学 电极 工程类
作者
Bingsen Wang,Fagui Dong,Xisheng Sun,Yanan Bu,Haonan Wang,Dawei Tang,Lin Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (17): 16488-16499 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c18342
摘要

Achieving stable bioelectronic interfaces is hindered by inherent mechanical–electrochemical mismatches, limiting long-term device functionality in dynamic tissues. Current hydrogel-based bio-ionotronic devices face a fundamental trade-off: soft hydrogels lack sufficient ionic carriers, while ionic hydrogels compromise softness due to high cross-linking density. Here, we developed a biphasic ionic hydrogel (BIH) by integrating microgel-rich ionic reservoirs (microgel phase) into a continuous hydrogel matrix (CH phase) via hydrogen bonds. The microgel phase and CH phase of BIH work synergistically, reducing cross-linking density while maintaining the ion monomer content of the hydrogel. This synergistic structure decouples ionic storage from mechanical compliance, enabling ultrasoftness (2 kPa) and high ionic conductivity (8.55 S m–1), surpassing conventional ionic hydrogels. By tuning the microgel content, we increased the polymer network’s characteristic length, facilitating ion diffusion while maintaining structural integrity and reducing interfacial impedance. Demonstrations in real-time electromyography and mechanical motion sensing validated its potential for soft bioelectronics.
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