导电水凝胶的标准化电化学表征

《Advanced Functional Materials》：Standardized Electrochemical Characterization of Conductive Hydrogels

导电水凝胶作为生物电子接口材料，其混合电导的表征面临3D结构带来的测量挑战。本研究开发了一种基于Swagelok电池的两电极EIS系统，通过标准化电极间距和开源数据分析工具，实现了导电水凝胶中离子电导与电子电导的分离测量。该方法通过优化水凝胶固定、控制离子强度、避免机械压缩干扰等策略，将批次误差降低至5%以下，并提供了完整的实验器材清单、操作手册和Python代码库，显著提升了该领域研究的可重复性和可扩展性。

　　

摘要

导电水凝胶是一种具有混合离子-电子传导特性的水合材料，能够轻松实现生物组织与电子设备之间的连接。由于生物电子接口依赖于离子和电子传导性，因此仔细表征这两种传导机制非常重要。与薄膜形态的材料相比，水凝胶的柔软、水合以及三维结构给导电性的重复测量带来了挑战。本文提出了一种用于导电水凝胶的电化学阻抗谱（EIS）测量方法，该方法具有高准确性、可重复性且易于操作。该双电极系统采用密封的Swagelok电池，并可调节电极之间的距离。通过使用具有不同离子和电子传导性的PEDOT:PSS掺杂水凝胶作为示例，验证了该方法的有效性；简化的等效电路有助于可靠地分析电化学阻抗数据。为了降低使用门槛，文中提供了材料/供应商列表、标准操作程序以及用于数据处理的开源代码。此外，还探讨了常见的干扰因素（如离子浓度、储存条件和机械压缩），并提出了减少批次间误差的策略。这种方法为这类材料的混合传导特性提供了可用的分析手段，有助于指导未来生物电子应用的材料设计工作。

图形摘要

本文介绍了一种基于电化学阻抗谱（EIS）的标准化平台，用于量化导电水凝胶中的离子和电子传导性。该平台利用Swagelok电池和开源拟合工具，能够在多种配方和不同环境中实现可重复的基准测试，从而满足对软混合导体特性评估一致性的关键需求。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。