Highly Stretchable Hydrogels as Wearable and Implantable Sensors for Recording Physiological and Brain Neural Signals

自愈水凝胶 可穿戴计算机 生物医学工程 材料科学 感觉系统 计算机科学 信号(编程语言) 纳米技术 神经科学 医学 嵌入式系统 生物 高分子化学 程序设计语言
作者
Quanduo Liang,Xiangjiao Xia,Xiguang Sun,Dehai Yu,Xinrui Huang,Guanghong Han,Samuel M. Mugo,Wei Chen,Qiang Zhang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (16) 被引量:87
标识
DOI:10.1002/advs.202201059
摘要

Abstract Recording electrophysiological information such as brain neural signals is of great importance in health monitoring and disease diagnosis. However, foreign body response and performance loss over time are major challenges stemming from the chemomechanical mismatch between sensors and tissues. Herein, microgels are utilized as large crosslinking centers in hydrogel networks to modulate the tradeoff between modulus and fatigue resistance/stretchability for producing hydrogels that closely match chemomechanical properties of neural tissues. The hydrogels exhibit notably different characteristics compared to nanoparticles reinforced hydrogels. The hydrogels exhibit relatively low modulus, good stretchability, and outstanding fatigue resistance. It is demonstrated that the hydrogels are well suited for fashioning into wearable and implantable sensors that can obtain physiological pressure signals, record the local field potentials in rat brains, and transmit signals through the injured peripheral nerves of rats. The hydrogels exhibit good chemomechanical match to tissues, negligible foreign body response, and minimal signal attenuation over an extended time, and as such is successfully demonstrated for use as long‐term implantable sensory devices. This work facilitates a deeper understanding of biohybrid interfaces, while also advancing the technical design concepts for implantable neural probes that efficiently obtain physiological information.
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