新型超薄透气性电极，可用于长期监测人体健康信息

近日，美国化学化工新闻期刊（C&EN）以“可用于长期监测健康信息的透气性电子器件”（“Breathable electronics could monitor our health long-term”）为题专题报道了南京邮电大学材料科学与工程学院博士研究生周伟欣以第一作者在国际著名期刊《ACS Nano》发表的研究成果。周伟欣同学在该校一流学科建设国际交流专项基金的资助下于2018年至北卡罗莱纳州立大学进行联合培养，他将前期发展的多孔电极制备技术与所在的北卡罗莱纳州立大学课题组的表皮电子器件相结合，制备出“具有透气性的超薄、可拉伸多孔电极制备的表皮电子器件”（“Gas-Permeable, Ultrathin, Stretchable Epidermal Electronics with Porous Electrodes”）。南邮为该论文的第一单位，马延文教授和北卡罗莱纳州立大学朱勇教授为共同通讯作者。博士后研究员姚姗姗（北卡罗莱纳州立大学、纽约大学石溪分校）为论文共同第一作者，博士研究生王宏宇（北卡罗莱纳州立大学）与博士研究生堵晴川（南京邮电大学）分列第三、第四作者。

表皮电子器件（Epidermal Electronics）是可以贴合或者植入人体的电子器件，是柔性电子领域的重要组成部分。这类电子器件在医疗健康与人机接口中有着广泛的应用。然而，目前的表皮电子器件大多数都制备在无孔隙的固态聚合物衬底上（如聚二甲基硅氧烷PDMS，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和聚酰亚胺PI）。这些材料缺乏透气性，会阻止汗液等皮肤分泌的挥发性成分散发，降低佩戴的舒适度，甚至有可能会产生过敏等现象。另一方面，这些材料较硬，难以和皮肤形成紧密接触，在长时间佩戴中容易脱落且不利于生物电信号的采集。因此，开发质地柔软的良好透气新材料作为衬底对于表皮电子设备的长时间应用十分重要。

研究团队针对此类材料发展中的瓶颈问题，结合了马延文教授课题组在呼吸图法制备柔性材料中的经验与朱勇教授课题组在柔性电子器件的制备和应用中的经验，提出了使用呼吸图法制备表皮电子材料，获得了具有多孔结构的超薄透气性电极。这种电极具有良好的透气性，能够使汗液自由蒸发，且其超薄特性（小于10微米）使之能够与皮肤紧密贴合，从而提升了对生物信号的监测质量。研究团队将这种超薄透气性电极分别应用于生物电电极和触摸传感器的触摸电极中取得了良好的效果。

值得一提的是，这种材料可以在皮肤上持续佩戴一周以上而不产生过敏现象。该材料还可以作为触摸电极，与蓝牙控制器一起集成在织物上，制作成具有无线操控功能的袖套，与电脑建立通讯后，能够实现键盘部分功能的操控。

从左至右分别为：贴合在皮肤上的超薄透气性电极、光学显微镜下电极微观结构、作为生物电电极采集的心电图与肌电图信号与具有无线触摸传感功能的袖套