[发明专利]一种连接电子学材料与水凝胶基底的方法

说明书

本发明公开了一种连接电子学材料与水凝胶基底的方法。在导电或半导体网格结构和多孔材料(如水凝胶)的表面上原位聚合导电聚合物粘附层，操作简单，可以显著提高两者之间的粘附能力；导电聚合物粘附层仅会在网格结构表面聚合，通过控制聚合的时间和聚合量，PEDOT不会遮住整个基底材料表面，使得导电或半导体网格结构的多孔特性和水凝胶基底透水透氧的特性得到了最大程度的保留，且不会严重影响原本材料的透光性能。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种连接电子学材料与水凝胶基底的方法。

背景技术

随着柔性电子学的蓬勃发展，柔性基底如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(ParyleneC)等，已被广泛的应用于神经界面中。拥有超高柔性(杨氏模量与组织相近，KPa)，高透光性和生物相容的水凝胶基神经界面却鲜有报道，除了赵等人的工作。除此之外，水凝胶内部的孔隙结构和高含水量使其水氧通透。水凝胶在神经电极涂层方面显示出独特的优势，赋予电极柔性、缓解与组织之间的微位移带来的应力。但是，水凝胶的导电率接近于去离子水，约为18MΩm。目前通用的提高水凝胶导电性的方法有两种：一是将水凝胶浸泡在盐溶液中，依靠离子导电显著降低阻抗，最低可达0.1Ωm。但是这种水凝胶无法用于活体测量，体液与水凝胶间的渗透压差将导致离子的渗漏。二是将水凝胶组分与导电组分混合，如石墨烯、碳纳米管、银纳米线等混合形成复合凝胶。通常情况下，导电性的提高伴随着透光率的降低。因此，在不损害水凝胶原本的优异性质的前提下，提高水凝胶的导电性，满足电生理测量的要求，是水凝胶基眼部界面必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备水凝胶基柔性电子器件的方法与应用。

本发明要求保护一种导电聚合物在连接网格结构电子学元件与多孔基底中的应用。

上述应用中，所述导电聚合物为聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)；具体为聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸钠；

所述多孔基底为水凝胶；

所述网格结构电子学元件为导电或半导体网格结构电子学元件；具体为金网格结构电子学元件。

所述网格结构电子学元件是结合静电纺丝法和磁控溅射或气相沉积法共同制备的。

具体的，所述网格结构电子学元件可按照各种常规方法制得，如可按照如下步骤制得：

1)静电纺丝法制备聚合物自支撑网格结构；

2)以上述聚合物自支撑网格结构为基底进行磁控溅射或气相沉积，得到导电或半导体材料网格。

具体的，可按照如下方法制得：

a、将聚丙烯腈(PAN)粉末以10％的质量分数溶解在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中制备得到纺丝前驱体溶液。

b、对PAN/DMF溶液进行静电纺丝。纺丝时以金属圆环或方环为接收器，所用的具体参数：电压15kV，液体流速0.15mm/min(5ml针管)，针头与接收器之间的距离为15cm而得。

将网格结构电子学元件直接转移到多孔基底表面(如水凝胶表面)时，形成的连接力微弱，必须在额外的粘附层的帮助下才可以稳定的粘合在一起。导电聚合物(PEDOT/PSS)在本发明中起到关键粘附作用。PEDOT由单体EDOT聚合而成，其高导电性的关键在于掺杂物。通过电化学原位合成法，PEDOT在电子元件层网格结构表面生长，形成核壳结构。因为掺杂的氧化电位低于聚合电位，因此在聚合过程中PEDOT/PSS完成掺杂。生长出来的PEDOT在网格表面聚合，并且有部分PEDOT深入多孔基底的孔隙中，从而将上述网格结构铆钉在多孔基底上。PEDOT的介入显著提高了上述网格结构和多孔基底，例如水凝胶材料之间的粘附力，且其中一部分PEDOT生长至孔隙内部，形成树枝状结构，提供额外的粘附力。