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西工大黄维院士团队王学文教授课题组等 npj Flex. Electron.:在生物电监测用柔性电子胶带研究领域取得新进展

高分子科技  · 公众号  · 化学  · 2025-02-12 12:17

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长期生物电位采集对各种疾病的早期检测和及时治疗具有重要意义。目前,标准的银/氯化银(Ag/AgCl)凝胶电极在长时间佩戴时可能会引起皮肤刺激,且在不同个体上重复使用电极可能导致交叉感染的风险。为了和皮肤更好的贴合以获得更高的信号质量,超薄的薄膜电子器件常受到研究人员的青睐,但是其制备工艺大多较为复杂、操作难度高、且器件强度有限,难以实现大批量、低成本制备。除了超薄薄膜,液态金属也因其优异的可塑性以及与皮肤的无缝接触而被广泛用作生理电电极。但液态金属基电极操作相对复杂,此外其生物相容性不确定,不适合长期佩戴。因此,开发自粘性、超稳定耐用、低成本、与皮肤无缝接触的电极以长期监测生理电仍是一个挑战。



针对现有挑战, 西北工业大学黄维院士团队王学文教授课题组 开发了一系列具有稳定贴附界面的智能电子胶带用于在各种复杂环境下长期监测各种生物电信号。通过有限元仿真与实验对比,设计了具有最佳性能的二阶蛇形图案。并通过胶带快速转印的方式,实现了智能电子胶带在不同柔性基底(PI、PU、PET、PP、PVA、PE等)上的大批量、低成本制备。智能电子胶带表现出卓越的拉伸性(超过300%)、稳定性(在100%应变下电阻变化小于40%)、耐用性(超过45000次50%的拉伸/释放循环实验)、透水性(150 g∙m -2 ∙day -1 )和生物相容性。最终所制备的SET实现了在人体皮肤上的长期、稳定、安全贴敷(超过7天),智能电子胶带的信噪比与标准Ag/AgCl凝胶电极基本一致,由于二阶蛇形线的稳定性使得智能电子胶带在挤压和拉伸状态下仍能稳定的采集生物电信号。总的来说,智能电子胶带为实时、长期和低成本的生物电势采集开辟了一条新途径,为柔性电子技术在消费电子、医疗设备和人机交互领域的推广提供了重要支撑。


相关成果以“Disposable and flexible smart electronic tapes for long-term biopotential monitoring”为题发表在npj Flexible Electronics期刊。中航光电高久伟博士与北京理工大学胡明伟博士生为本文的共同第一作者,王学文教授与北京理工大学宋维涛教授为共同通讯作者。


近年来,课题组围绕特种柔性感知材料与器件开展研究,承担国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划等各类项目二十余项,已在Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.等国际权威学术期刊发表学术论文60余篇同行引用9400余次;获授权中国发明专利17项、美国专利1项。课题组秉持将“极综合交叉学科赋能颠覆性创新”融入到人才培养和科学研究的全过程,不断探索“柔性电子学”人才培养新方法,不断探究特种柔性感知在极端条件下的应用边界,不断探寻柔性电子服务国家重大应用的智胜之道。


文章链接:
https://doi.org/10.1038/s41528-025-00380-0

来源:西北工业大学

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