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【產(chǎn)通社，8月17日訊】東南大學(xué)（Southeast University）官網(wǎng)消息，其生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院顧忠澤教授與南京大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院謝勁教授、韓杰副研究員團隊合作，在亞微米精度導(dǎo)電聚合物三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D打印方面取得重要進展。相關(guān)成果以《導(dǎo)電聚合物的光聚合與3D打印》（Photoinduced double hydrogen atom transfer for polymerization and 3D printing of conductive polymer）為題在國際頂級期刊Nature Synthesis上在線發(fā)表。
近年來，科技的迅猛發(fā)展推動了生物電子設(shè)備在微型化、集成化和三維化方面的顯著進步，為生物醫(yī)學(xué)工程和先進材料科學(xué)帶來了廣闊的應(yīng)用前景。導(dǎo)電聚合物憑借其獨特的離子與電子導(dǎo)電性，在柔性電子、生物傳感、可植入醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其在器官芯片（Organ-on-a-Chip）技術(shù)中展現(xiàn)出巨大的潛力。器官芯片通過微流控和微型化設(shè)計，模擬了人體器官的物理和生理特性，為藥物篩選和疾病研究提供了高度仿真的體外實驗平臺。為了在器官芯片中精確模擬和監(jiān)測生理電信號傳導(dǎo)，亟需構(gòu)建高精度的三維導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)。然而，傳統(tǒng)的二維制造技術(shù)在精度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建上存在顯著局限，無法滿足這一需求。目前的三維制造方法，如擠出式打印和光基打印，在構(gòu)建導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)時均面臨諸多挑戰(zhàn)。擠出式打印受限于噴嘴尺寸和自下而上的材料堆積過程，打印分辨率通常低于10微米，難以實現(xiàn)高精度的三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。盡管光基打印技術(shù)在精度上具備優(yōu)勢，但導(dǎo)電聚合物在可見光和近紅外波段的強光吸收特性，限制了激發(fā)光的穿透和光敏劑的活化，從而妨礙了Z方向上的增材制造能力。因此，開發(fā)新型三維打印方法以克服這些挑戰(zhàn)，對于提升器官芯片在生物電信號傳導(dǎo)和復(fù)雜生理功能模擬中的潛力至關(guān)重要。
為了突破這些技術(shù)瓶頸，顧忠澤教授團隊與謝勁教授、韓杰副研究員團隊提出了一種基于時空可控光誘導(dǎo)氫原子轉(zhuǎn)移（HAT）反應(yīng)的導(dǎo)電聚合物光聚合方法。他們開發(fā)了一種高效的HAT催化劑BPED，通過光引發(fā)雙重HAT反應(yīng)，實現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物的快速光聚合。以PEDOT:PSS為例，標準反應(yīng)體系使用3,4-乙烯二氧噻吩為單體，聚苯乙烯磺酸鈉為對陰離子，Irgacure 2959為光引發(fā)劑，對甲苯磺酸（TsOH）為摻雜劑。在空氣中，15分鐘內(nèi)可完成聚合反應(yīng)。由于Irgacure 2959和BPED都具備優(yōu)異的雙光子吸收性能，該反應(yīng)促成了PEDOT:PSS結(jié)構(gòu)的雙光子打印。在固化的水凝膠中，該方法能夠打印三維PEDOT:PSS導(dǎo)電通路。更進一步，該技術(shù)可以同時引發(fā)了水凝膠前體的自由基聚合交聯(lián)和EDOT的聚合反應(yīng)，從而構(gòu)建出亞微米分辨率且可編程的三維導(dǎo)電微納結(jié)構(gòu)。該創(chuàng)新性的光聚合方法有效解決了3D打印中導(dǎo)電聚合物的兼容性和光吸收問題。
東南大學(xué)至善博士后周鑫、南京大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院方尚文博士和東南大學(xué)至善博士后胡楊楠為共同第一作者。韓杰副研究員、謝勁教授和顧忠澤教授為通訊作者。該論文得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金等項目的資助。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站 http://news.seu.edu.cn/2024/0625/c5527a495257/page.htm，以及https://www.nature.com/articles/s44160-024-00582-w。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造） （完）
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