人体与电子设备的交互及融合是现今科学技术发展最前沿的问题之一。所构建的生物电子界面（包括电刺激和记录神经活动）是可穿戴和可植入设备领域快速发展的基础。软、湿和活的生物组织与硬、干和无生命的电子系统之间有着截然不同甚至互相矛盾的固有属性,为构建长期、高效、稳定的生物电子界面提出了重大挑战。因此,设计和开发与生物系统和电子系统更兼容、更有效和更稳定的界面材料一直是生物电子领域发展面临的最艰巨的挑战之一。近年来,由于导电聚合物水凝胶（CPH）与生物组织的相似性以及在电学、力学和生物学工程应用中的多功能性,已成为下一代生物电子界面优选材料。实际应用过程中,CPH多依靠外部辅助与人体形成依附,导致其在实际应用中无法实现稳定的集成。通过赋予其粘附性,实现CPH与组织或工程材料之间的适形接触,进而实现刺激或信号检测的有效性、稳定性和保真度。基于生物电子领域发展对高性能界面材料的迫切需求,本论文选取电学、力学、生物学性能优异且稳定的聚（3,4-乙烯二氧基噻吩）:聚（苯乙烯磺酸盐）PEDOT:PSS为主体结构,通过引入分子自组装等策略建立合理的聚合物网络结构,结合强黏附设计原理开发PEDOT类导电黏附水凝胶新材料。系统探究了水凝胶组分浓度、交联方法及材料组成对其电学、力学、黏附等性能的影响;并验证了水凝胶的功能集成性,实现了水凝胶与金、铂等基底的有效集成。此外,结合先进智能的3D打印技术,量化了墨水流变性、3D打印高度、孔径及打印速度等参数,验证了PEDOT类导电黏附水凝胶在生物电子领域中的应用潜能。开发出肌电极（EMG）实现了对人体肌电信号高灵敏、宽范围的监测应用。具体研究内容和结果如下:（1）通过拓扑结构策略构建连续相水凝胶,设计合成了PEDOT:PSS-PAAm-PDA导电、黏附、自修复水凝胶,实现了生物电子界面材料电学、黏附和自修复性能的同步集成。为解决电极对人体组织的损伤或人体对外来侵入物的免疫响应引起的生物电极失效以及电极在生物体中有效固定问题。通过强黏附策略引入聚多巴胺（PDA）提升材料粘附性;通过拓扑结构调控,以多巴胺（HCl）诱导PEDOT:PSS构象有序化,提高材料载流子迁移率;以经典水凝胶材料聚丙烯酰胺（PAAm）构建稳定网络结构并协同水凝胶能量耗散,设计出PEDOT:PSS-PAAm-PDA导电黏附水凝胶。系统探索了PEDOT:PSS固含量与粘附性、电导率的关系。发现随PEDOT:PSS固含量增加,水凝胶电导率逐渐提高、粘附性逐渐降低。系统测试了优化后水凝胶的黏附、导电及自修复性能。结果表明,水凝胶在亲、疏水基底上均具有优异黏附性（最高搭接剪切强度为33.86 k Pa）,自修复性能突出（修复时间＜0.05 s）,由于目前多数自修复水凝胶材料,室温下电导率较低（0.58 S/m）,但电荷注入容量较高(382μC cm-2)。本工作成功实现了生物电子界面材料黏附、电学和自修复功能的同步集成。（2）创新性提出水凝胶旋涂、浸涂等简单有效集成策略,实现生物电子器件快速集成;开发高性能PEDPT:PSS-PAAm-PAA导电黏附水凝胶墨水,实现了导电黏附生物电极的简单快速制造。简单高效的集成和加工技术是实现生物电子商业化应用的必要条件。通过分子掺杂效应,设计了化学交联的PEDOT:PSS-PAAm-聚丙烯酸（PAA）水凝胶。通过旋涂、喷涂、浸涂和溶剂浇铸等方法将水凝胶前体溶液涂覆到预处理的基底上,形成导电粘接层。系统测试了水凝胶集成于不同基底后的黏附及电化学性能。研究表明该集成策略具有优异的基底普适性,且能够实现水凝胶在硬/软、绝缘/导电等多种基底的强力粘附,如玻璃(搭接剪切强度（58.38 k Pa）、聚酰亚胺（抗剪强度109.95 k Pa）、PDMS（搭接剪切强度32.68 k Pa）、ITO-玻璃（搭接剪切强度130.47 k Pa）、金（搭接剪切强度131.23 k Pa）和铂（搭接剪切强度112.39 k Pa）等。电化学阻抗（EIS）数据表明Au和Pt电极在集成水凝胶后表现出更低的电阻抗。在电生理环境相关频率内（10~2-10~5 Hz）,集成有水凝胶的金电极电阻抗为48Ω,而纯金电极阻抗为114Ω;同样的,与Pt电极集成的水凝胶电阻抗为47Ω,纯Pt电极电阻抗为257Ω;ITO-玻璃集成水凝胶前后阻抗变化不明显,但依然降低,纯ITO-玻璃的阻抗为129Ω,集成水凝胶后阻抗为120Ω。这些结果进一步说明本工作所开发的材料及集成策略的普适性。此外,继续优化了PEDOT:PSS-PAAm-PAA前体墨水的流变性,开发出了性能优异3D打印导电黏附水凝胶墨水。为了获得良好的3D打印流变性能,通过对前体溶液含水量的调控,量化了墨水可打印浓度范围。实现了导电黏附水凝胶高分辨率（小于160μm）、高长宽比（超过20层）和高再现性的制造。该水凝胶同时易与其它3D打印材料（如多材料3D打印的绝缘弹性体）集成。进一步展示了基于多材料3D打印制造各种功能性导电聚合物器件,成功实现了EMG信号的高效纪录,信噪比为28.35 d B。为电子设备及组织的器件集成、功能集成及快速制造提供了有效思路。（3）通过强黏附设计原则及分子链工程策略设计制备了PEDOT:PSS-PVA-PDA水凝胶,实现了其黏附、电学和自修复性能的协同提升及EMG信号高灵敏、宽范围记录。当前导电黏附水凝胶难以实现黏附、电学和自修复性能的同步提升。通过强黏附设计原则及分子链工程策略,设计了PEDOT:PSS、聚乙烯醇（PVA）、半聚合多巴胺（S-PDA）可逆三网络交联结构,制备了电学、力学、电化学性能优异的PEDOT:PSS-PVA-（S-PDA）类水凝胶。并对水凝胶的黏附、电学、力学及自修复性能的决定因素进行了详细探究。研究表明,随着PEDOT:PSS含量增加,水凝胶电导率及粘附性同步提升,但自修复时间变化不明显。系统测试了优化后水凝胶的黏附、电学、电化学及自修复性能。粘附性研究表明,所制备导电黏附水凝胶在生物组织及工程材料上均表现出优异粘附性（玻璃:68.63 k Pa;塑料:44.74 k Pa;Pt:63.28 k Pa;铝:54.88 k Pa;橡胶:70.71 k Pa;肌肉:28.44k Pa,PI:197.03 k Pa;肌肉:25.16 k Pa;肺:52.52 k Pa;心93.34 k Pa;肝:23.91k Pa;皮肤:29.97 k Pa;骨:29.08 k Pa）,其在工程材料的粘附性明显优于生物组织。电学及电化学研究表明,水凝胶电导率得到明显提升（2.18 S/m）。界面阻抗＜40 kΩ,与人体皮肤的阻抗接近（5-10 kΩ）。水凝胶本体电阻抗较低（32Ω）,电荷注入容量较高且稳定性优异(100万个周期的扫描之后,从初始值115.31μC cm-2变为115.66μC cm-2)。自修复研究表明,水凝胶修复时间小于0.12 s,电阻修复效率接近100%。实现了黏附、电学和自修复性能的协同改善。最后,我们开发出了在生理相关频率范围具有优异响应能力的EMG电极,信噪比（32 d B）高于商业电极（29 d B）。综上所述,本论文共设计了三种PEDOT:PSS导电黏附水凝胶材料。并通过分子工程及结构调控的方法,实现了PEDOT:PSS导电黏附水凝胶电学、力学、黏附、自修复等各项性能的调控,揭示了材料结构和性能之间的规律,为进一步设计高效、稳定生物电子界面材料提供了材料基础及理论指导。提出了简单高效的器件/组织集成策略,实现了PEDOT:PSS类导电黏附水凝胶在各种基底上的简便集成。进一步开发了PEDOT:PSS类导电黏附水凝胶墨水,实现了导电黏附生物电极的快速、一体化制造,并论证了PEDOT:PSS类导电黏附水凝胶的EMG电极实际应用。为高性能生物电子界面的材料设计制备、集成关键工艺及集成技术开发、先进加工技术及低成本器件开发夯实了基础。