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介绍

人体内的细胞不断地受到机械力的影响，在感知机械力后并将其转化为生化信号，指导细胞相互作用。由于机械力在细胞功能中的关键作用，所以准确描述机械转导过程中随之发生的生化信号对理解细胞信号至关重要。具有快速响应和高灵敏度的可伸缩电化学传感器已经成为一个强大的技术用来感知细胞的机械变形，同时实时监测瞬态生化响应。

常州大学吕松伟老师和武汉大学黄卫华教授和刘艳玲副教授团队研究报道了一种简便的可拉伸电化学生物传感器的制备方法是通过将LiTFSI和CoPc直接混合搅拌到PEDOT：PSS溶液中，形成复合物PEDOT:PSS-LiTFSI-CoPc(PPLC)。传统PEDOT:PSS(PP，左)和LiTFSI和CoPc功能化可拉伸PEDOT:PSS(PPLC，右)的微观结构示意图如图1A。可拉伸PPLC/PDMS薄膜的制备，用于监测细胞机械转导。(i) PPLC在PDMS上旋转涂布。(ii) 细胞播种和培养。(iii) 拉伸细胞释放H2O2的电化学检测。如图1B。

▲  图1

PPLC/PDMS电极的力学性能如图2所示，PPLC/PDMS薄膜拉伸50%时和100%时出现一些可察觉的皱纹和裂纹，但均不影响PPLC薄膜的整体连续性和稳定性，且其电阻几乎不变，显示了PPLC聚合物稳定的电导率。进行不同的机械变形，不同的拉伸应变（0-50%）、不同半径（0.5-12.5mm）弯曲和重复加载，其电位和峰值电流也表现出较高的一致性。以上证明了PPLC基可拉伸电极对机械变形具有良好的电化学稳定性。

▲  图2

PPLC/PDMS薄膜的电化学传感性能如图3所示，与PP/PDMS电极相比，由于掺杂LiTFSI导致电导率提高，PPL/PDMS电极的电化学性能显著提高。PPLC/PDMS电极的CV与PPL/PDMS薄膜的CV基本相同，说明CoPc的加入对原PPL/PDMS电极中的电子转移影响不大（图3a）。同时，CoPc作为电子介质，赋予电极显著的传感能力（图3b）。PPLC/PDMS电极在H2O2溶液中CV曲线在+0.55V处出现明显的氧化峰，说明CoPc分子对H2O2氧化具有良好的催化作用图3c。图3D-F证明了CoPc分子对H2O2电氧化的优越性且重复变形对其传感性能几乎没有负面影响。

▲  图3

16HBECs细胞在PPLC/PDMS薄膜上负载后，拉伸诱导H2O2释放的实时监测结果如图4所示。16HBECs细胞可以很好地附着在PPLC薄膜表面，培养6h、24h、48h和96h后直到它们增殖并覆盖了几乎整个薄膜。Calcein-AM和PI荧光染色显示，细胞在拉伸过程中仍然附着在基质上并保持活性（图4c）。在培养了16HBECs的PPLC/PDMS电极上加载不同的拉伸刺激，以模拟自然（10%应变）和支气管扩张（20%和30%应变）条件可以观察到，在拉伸刺激下，安培电流上升（图4d），16HBECs细胞在不同拉伸刺激下的结果进行统计分析如图4e所示，在+0.55V的电位下，对30%的菌株进行不同处理，检测到16HBECs的安培响应如图4f。上述结果表明，PPLC/PDMS电极具有实时监测16HBECs释放H2O2的能力。

▲ 图4

与其他可拉伸电化学传感器电极材料相比，水溶性PPLC的突出特点是可加工性高，可采用多种加工技术制备方便、可控、高通量的电极。例如，可以通过光刻或喷墨打印机轻松地调节基于pplc的电极的图案和尺寸。由MicroFab的Jetlab®4xl-a喷墨打印机将PPLC打印到聚多巴胺-PDMS薄膜上制造出可伸缩的PPLC/PDMS电化学传感器，其大小如图5所示，可监测机械诱导的人支气管上皮细胞的过氧化氢释放。令人信服的是，其加工性能将使PPLC在各种柔性和可拉伸传感器中具有巨大的应用潜力。

▲ 图5

结论

通过简单地混合LiTFSI和CoPc来构建基于导电聚合物材料的可拉伸电化学传感器PPLC/PDMS，PPLC/PDMS传感器具有优异的机械和电化学性能，以及令人满意的生物相容性，成功地实现了原位诱导和同时监测拉伸16HBECs的过氧化氢释放。通过改变增塑剂或催化剂，可以获得大量具有特定官能团的导电聚合物，是一种高可及性和通用性的材料制备方法。通过喷墨打印技术，将材料图形化，为基于聚合物的可穿戴和可拉伸传感器应用扩展了 大的领域，并在生物医学科学和医疗保健监测中具有实际应用。

参考文献：

[1] JingYan, YuQin, Wen-TingFan, et al. Plasticizer and catalyst co-functionalized PEDOT:PSS enables stretchable electrochemical sensing of living cells[J]. Chemical Science, 12.