Over the past decade, conductive hydrogels have received great attention as tissue-interfacing electrodes due to their soft and tissue-like mechanical properties. However, a trade-off between robust tissue-like mechanical properties and good electrical properties has prevented the fabrication of a tough, highly conductive hydrogel and limited its use in bioelectronics. Here, we report a new synthetic method for the realization of highly conductive and mechanically tough hydrogels with tissue-like modulus. We employed a template-directed assembly method, enabling the arrangement of a disorder-free, highly-conductive nanofibrous conductive network inside a highly stretchable, hydrated network. The resultant hydrogel exhibits ideal electrical and mechanical properties as a tissue-interfacing material. Furthermore, it can provide tough adhesion (800 J/m2) with diverse dynamic wet tissue after chemical activation. For the first time, this hydrogel enables suture-free and adhesive-free, high-performance hydrogel bioelectronics. We successfully demonstrated ultra-low voltage neuromodulation and high-quality epicardial electrocardiogram (ECG) signal recording based on in vivo animal models. This template-directed assembly method provides a new platform for hydrogel interfaces for various bioelectronic applications.
전도성 하이드로겔은 부드럽고 조직과 유사한 기계적 특성으로 인해 조직간 계면 전극으로 각광을 받아왔다. 그러나 부드러운 기계적 특성과 높은 전기적 특성은 서로 상충관계에 있어 조직과 유사하며 높은 전도성을 동시에 갖는 하이드로겔의 부재로 생체 전자 공학에서의 사용이 제한됐다. 따라서 본 연구에서는 조직과 같은 물성을 가지며 전도성이 높은 하이드로겔의 새로운 합성 방법을 보고한다. 템플릿 지향 조립 방법을 사용하여 수화된 네트워크 내에서 균일하며 전도성이 높은 나노 섬유 전도성 네트워크를 배열할 수 있었다. 생성된 하이드로겔은 조직 인터페이싱 재료로서 이상적인 전기적 및 기계적 특성을 나타낸다. 또한, 화학활성화 후 다양한 동적 물티슈와의 강력한 접착력(800 J/m2)을 제공할 수 있다. 이 하이드로겔은 봉합과 접착제 없이 고성능 하이드로겔 바이오일렉트로닉스를 가능하게 한다. 마지막으로 생체 내 동물 모델을 기반으로 초저전압 신경 변조와 고품질 심전도(ECG) 신호 기록을 성공적으로 시연했다. 이 템플릿 지향 어셈블리 방법은 다양한 생체 전자 응용을 위한 하이드로겔 인터페이스를 위한 새로운 플랫폼을 제공한다.
