化學與材料科學 - 新加坡國立大學歐陽建勇團隊《ACS AMI》：具有抗汗性能的自黏附可拉伸表皮乾電極－鑽石舞台

點擊藍字關注我們

生物電位是臨床診斷和健康檢測的重要工具。例如，心電圖（ECG）是最流行的診斷心血管疾病的工具，而肌電圖（EMG）是診斷神經肌肉疾病、運動問題和神經損傷等疾病的有效工具。傳統上，生物電位的監測是在診所或醫院中進行，監測的時間很短。如果可以在日常生活和工作中，甚至運動過程中進行長期、連續的生物電位監測，就可以獲得更豐富的健康信息，並可以顯著降低醫療保健成本。然而，傳統的Ag/AgCl凝膠電極不適用於長期生物電勢監測，因為其液相的揮發和對於皮膚的不粘附會在長期生物監測中產生運動偽影和高噪聲。另外，長時間使用該電極可能引起皮膚過敏。柔性乾電極可以取代Ag/AgCl凝膠電極用於連續、長期的生物電勢監測。但是，在文獻中報道的乾電極通常不具有黏附性，從而不能在人體運動中與皮膚保持保形接觸，或者在有汗水的情況下會喪失其粘附性從而不能保持保形接觸。由於在身體運動中會出汗，用於長期生物電位監測的柔性乾電極應該具有良好的拉伸性和導電性，還應能夠在干、濕皮膚表面保持強粘附力。

成果簡介

近日，新加坡國立大學歐陽建勇教授團隊報道了一種擁有抗汗性能的自黏附可拉伸表皮乾電極，即使在人體劇烈運動過程中也能在出汗的皮膚上測得高質量的生物電勢信號。該電極材料是聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)：聚(4-苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）, 聚乙烯醇和單寧酸的複合物，通過溶液法加工而成。其導電率為122 S cm-1，斷裂拉伸長度為54%，在玻璃和干、濕皮膚表面的粘附力為0.33，0.28和0.32 N cm−1。在干、濕皮膚表面的接觸阻抗遠低於Ag/AgCl 凝膠電極。基於這些優秀的性能，它們在人體靜止和劇烈運動狀態下都可以檢測出高性能的生物電位信號，包括心電圖（ECG）和肌電圖（EMG）。碩士生曹健是該工作的第一作者。

圖文導讀

圖1

a）PEDOT:PSS，聚乙烯醇，單寧酸和乙二醇的化學結構。它們的複合物（PPT）通過溶液滴鑄製備。

b）PPT薄膜可以在有汗液的皮膚上強力黏附。

c）PPT薄膜在各種基板上的粘附力，例如玻璃、干豬皮和濕豬皮。

d）PPT乾電極和商用Ag/AgCl凝膠電極在干、濕皮膚表面的接觸阻抗。PPT電極在干或是濕的皮膚表面的阻抗始都明顯低於Ag/AgCl凝膠電極。

圖2

a）PPT乾電極用於動態ECG的監測。該志願者先跑步5分鐘（I），然後走路1分鐘（II），最後靜止站立3分鐘（III）。

b）在I，II和III三個階段測得的ECG信號。PPT乾電極所獲得的信號明顯好於Ag/AgCl凝膠電極。

c）PPT乾電極用於監測掰腕比賽中的兩名志願者A和B的EMG信號。I，II和III分別為比賽的開始、僵持和結束階段。在I，II階段二者EMG信號強度相當，但在III階段，A的EMG信號出現了大幅衰減。最終志願者B贏得了比賽。

d）整場比賽過程中A和B的EMG信號的頻率光譜圖。可見A在比賽過程中的EMG頻率下降更快，表明A在更短時間內經歷了肌肉疲勞，這與比賽結果相符。

原文鏈接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c11921

作者簡介

向上滑動閱覽

歐陽建勇教授團隊是在新加坡國立大學材料科學與工程系。該團隊的研究興趣包括柔性電子材料與器件和能源材料與器件。他們在幾個領域進行了卓有成效的探索並取得了許多原創成果。比如，他們發明了一系列提高聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)：聚(4-苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)電導率的方法並數次報道了PEDOT：PSS的世界記錄的電導率。他們發明了世界上第一個可拉伸自粘附的導電高分子和第一個用於食品加工監測的應變傳感器。他們也發明了一系列的方法來提高有機材料和離子材料的熱電性能，並多次刷新有機材料和離子材料的熱電性能的世界記錄。他們也報道了世界上第一個混合離子/電子熱電轉換器。

相關進展

港中大、NUS洪亮教授與NUS歐陽建勇教授《ACS AMI》: 可拉伸應變傳感器讓醫療器械有了類似皮膚般的「知覺」

燕大焦體峰教授課題組CRPS：通過生物礦化鈣離子調控網絡結構設計超拉伸、自黏附水凝膠用於高靈敏離子電子傳感器

川大金勇教授團隊CEJ：具有不對稱黏附、抗菌和自供電功能的可視化多傳感交互式仿生離子皮膚

化學與材料科學原創文章。歡迎個人轉發和分享，刊物或媒體如需轉載，請聯繫郵箱：chen@chemshow.cn