北京纳米能源所朱光超薄透气表皮电极用于监测人体生理信号

　　人体生理信号监测在健康评估和疾病诊断中得到了广泛的关注。近年来，研究者构建了一类表皮传感装置，该装置具有良好的机械性能，能与人体表皮完美贴合，不仅增强了敏感性，而且在使用时具有很好的舒适性。表皮电极是一种柔性可拉伸电极，其可以像临时刺青一样粘在人体皮肤上，以便能够像常规装置一样监测人体的生理信号。开发高性能的皮肤状电极以满足应用于体内传感和人机界面电子皮肤的需求是一个重大挑战。
　　中国科学院北京纳米能源与系统研究所朱光研究员团队在国际著名期刊ACS Nano上发表题目为＂Highly Robust, Transparent, and Breathable Epidermal Electrode＂的文章。在这项工作中，研究者报告了一种高韧性、透明、透气的表皮电极，其由高度导电纳米网络（SRCN）支架组成。其中，分散的Ag纳米线溶液通过真空过滤嵌入由聚酰胺纳米纤维制成的支架中。在8.2 Ω sq-1低的薄层电阻和550 nm波长下可实现84.9％的光学透射率。在以300 m-1的最大曲率弯曲3000次循环后，SRCN的电阻仅略微增加小于0.1％，并且浸渍在盐水溶液中循环2500次后小于1.5％。优异的柔韧性归因于基于纳米纤维的支架作为骨架的增强作用，其通过承受大部分负荷应力来维持Ag纳米线之间的连接。SRCN不仅与目标表面形成紧密的结合，而且还允许汗液蒸发，使其适合作为长时间使用的表皮电极。此外，还可以容易地制备具有微米级线宽的精细且清洁的电路图案，为制造复杂的功能性电子皮肤提供新的思路。
　　基于以上研究，近日，该团队通过静电纺丝和静电喷涂相结合构建了超薄、更贴合皮肤的纳米网络结构的表皮电极，用于收集心电图信号。研究者通过静电纺丝制备聚酰亚胺纳米纤维，同时使用静电喷涂制备Ag纳米线（AgNWs），纳米纤维与AgNWs相互均匀缠绕形成两种网络结构。表皮电极的厚度为125nm时，在4.14 Ω sq-1低的薄层电阻和550 nm波长下可实现82.3％的光学透射率。在以360 m-1的最大曲率弯曲50000次循环后，SRCN的电阻仅略微增加1.2％。这种表皮电极可以通过范德华力与人体皮肤完全吻合。将纳米网络结构的表皮电极施加于弯曲角度为90°的指节上，其随皮肤变形而无脱层，经过2500次弯曲循环后，其电阻仅略有增加5.1%。由于其高导电性和保角接触性，特别是在人体运动时，可以稳定地记录心电信号。因此，该研究制备的纳米网络结构的表皮电极有望应用于表皮电子学，为医疗保健应用提供生理信号的动态测量。相关研究成果以＂Nanofiber-Reinforced Silver Nanowires Network as aRobust, Ultrathin, and Conformable Epidermal Electrode for Ambulatory Monitoring of Physiological Signals＂为题目发表于期刊Small上。
　　参考文献：
　　1 You Jun Fan, Xin Li, Shuang Yang Kuang, Lei Zhang, Yang Hui Chen, Lu LiuKe Zhang, Si Wei Ma, Fei Liang, Tao Wu, Zhong Lin Wang, Guang Zhu* ACS Nano20181299326-9332, DOI:10.1021/acsnano.8b04245
　　2 Lu Liu, Hua Yang Li, You Jun Fan, Yang Hui Chen, Shuang Yang Kuang, Ze Bin Li, Zhong Lin Wang, and Guang Zhu* Small 2019, 1900755, DOI:10.1002/smll.201900755
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