气相聚合法制备生物相容性壳聚糖薄膜上的PEDOT:对甲苯磺酸盐及其在可穿戴有机电化学晶体管中的应用

这篇综述创新性地采用气相聚合（VPP）技术在生物相容性壳聚糖（Chitosan）基底上制备高导电性PEDOT:对甲苯磺酸盐（PEDOT:Tos）薄膜，构建了兼具柔性（81%弯曲保留率）和高性能（μC*达245.75±48.57 F cm?1 V?1 s?1）的有机电化学晶体管（OECT）。通过纳米划痕测试证实界面粘附能（Gc=1.91±0.34 J m?2）和临界应力（σc=497±40 MPa）优异，为可穿戴生物传感器提供了突破性技术方案。

　　

生物相容性壳聚糖薄膜的制备与表征

研究团队从红螯螯虾（Red Claw）、岩龙虾（Rock Lobster）和鱿鱼（Squid）三种海洋甲壳类中提取壳聚糖，通过中和处理获得透明柔韧的薄膜。原子力显微镜（AFM）显示红螯螯虾中和薄膜表面粗糙度仅1.13 nm，显著优于酸性薄膜。人骨髓间充质干细胞（hBMSCs）培养实验证实，中和薄膜的细胞增殖率比酸性条件提高4倍，SEM图像显示细胞贴附密度更高，验证了其优异的生物相容性。

气相聚合PEDOT:Tos薄膜的界面调控

采用Fe(III)对甲苯磺酸盐氧化剂与三嵌段共聚物（PEG-PPG-PEG）的乙醇/丁醇混合溶液，通过VPP技术在壳聚糖表面沉积130 nm厚PEDOT:Tos层。X射线光电子能谱（XPS）检测到S 2p双峰（164.35 eV和168.43 eV），证实PEDOT与Tosylate的化学键合。薄膜导电性达237.40±28.10 S cm^?1，紫外可见光谱显示40%透光率，平衡了导电性与光学性能。

纳米力学性能与界面稳定性

峰值力定量纳米力学（QNM）模式AFM测得PEDOT:Tos（3.9 GPa）与壳聚糖（3.7 GPa）的杨氏模量匹配，有效抑制弯曲时的界面分层。纳米划痕测试中，临界剥离载荷达1171±133 μN，计算获得的界面粘附能（1.91 J m^?2）远超常规聚合物复合材料，归因于醚键介导的分子级相互作用。

OECT器件性能突破

构建的顶栅底接触结构OECT展现出153.59±24.01 S cm^?1的归一化跨导，瞬态响应时间仅37 ms（开启）/51 ms（关闭）。在10 mm弯曲半径下仍保持81%电流输出，恢复平整后性能保留率达97%。500次开关循环测试中，电流稳定性达85%，优于传统PEDOT:PSS基器件（表S2）。

生物医学应用前景

该技术首次将壳聚糖的生物降解特性与PEDOT:Tos的高电荷密度（通过Tos阴离子动态掺杂实现）相结合，为植入式葡萄糖传感器、神经元接口等设备提供了新思路。研究者特别指出，匹配的机械性能（3.7-3.9 GPa）可避免柔性穿戴时的微裂纹产生，而40%的透光率为开发有机电化学光晶体管（OECPT）奠定了基础。