Hydrogels composite optimized for low resistance and loading–unloading hysteresis for flexible biosensors

复合数 磁滞 生物传感器 自愈水凝胶 材料科学 复合材料 纳米技术 化学 化学工程 高分子化学 工程类 物理 量子力学
作者
Ben Jia,Zhicheng Dong,Xiaoyang Ren,Muwen Niu,Kong Shuzhen,Xiaopeng Wan,Heyuan Huang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:671: 516-528 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.05.142
摘要

With the advancement of wearable and implantable medical devices, hydrogel flexible bioelectronic devices have attracted significant interest due to exhibiting tissue-like mechanical compliance, biocompatibility, and low electrical resistance. In this study, the development and comprehensive performance evaluation of poly(acrylic acid)/ N,N'-bis(acryloyl) cystamine/ 1-butyl-3-ethenylimidazol-1-ium:bromide (PAA/NB/IL) hydrogels designed for flexible sensor applications are introduced. Engineered through a combination of physical and chemical cross-linking strategies, these hydrogels exhibit strong mechanical properties, high biocompatibility, and effective sensing capabilities. At 95 % strain, the compressive modulus of PAA/NB/IL 100 reach up to 3.66 MPa, with the loading-unloading process showing no significant hysteresis loop, indicating strong mechanical stability and elasticity. An increase in the IL content was observed to enlarge the porosity of the hydrogels, thereby influencing their swelling behavior and sensing functionality. Biocompatibility assessments revealed that the hemolysis rate was below 5 %, ensuring their suitability for biomedical applications. Upon implantation in rats, a minimal acute inflammatory response was observed, comparable to that of the biocompatibility control poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA). These results suggest that PAA/NB/IL hydrogels hold promise as biomaterials for biosensors, offering a balance of mechanical integrity, physiological compatibility, and sensing sensitivity, thereby facilitating advanced healthcare monitoring solutions.
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