针对这一问题,北京师范大学刘楠教授团队设计制备了一种透明、导电、超薄无凝胶干电极(约100nm厚),可以长时间、动态化地与皮肤形成无感的共形贴附,实现稳定的电极/皮肤电化学界面,用于低运动伪影和长时间的电生理信号采集监测。该电极是基于CVD生长的大面积石墨烯薄膜(~ 1nm厚)和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)协同相互作用而形成的超薄、超透明、超导电薄膜(命名为PTG)。由于PEDOT:PSS和石墨烯之间的π-π相互作用,使得PEDOT共轭链高度有序排列,并且实现PEDOT和石墨烯之间有效电荷转移。这种协同相互作用,使得PTG电极具有超薄特性,并表现出极低的面电阻(24Ω/sq),极高的电导率(4142 S/cm),高透明度和拉伸应变下的电学稳定性。这些特性使得该电极非常适合运动状态下的电生理信号检测,降低运动伪影,实现长时间监测和人机交互。
在可穿戴医疗和人工智能的大背景下,能够精确感知人体各种信号并及时提供反馈的表皮电子在人们的日常健康监测、运动训练、药物输送和假肢控制等领域越来越重要。表皮电生理信号,如肌电(EMG)、心电(EEG)、眼电(EOG)和脑电(EEG)等是反映人体健康状况的重要生理指标。然而,运动状态采集高信噪比的电生理信号仍是一大挑战。其原因是:1)电生理信号非常微弱(比如脑电信号核心频率为0-50 Hz,幅值 < 200 ?V);2)人在运动状态下,皮肤表面形貌变化和汗液分泌等,导致电极电位波动产生运动伪影。运动伪影的干扰使得表面电生理信号所含信息严重受损甚至完全掩盖。因此,能够实现长时间、高质量、全天候的电生理信号采集监测是可穿戴表皮电子的关键之一。目前商用电生理电极为Ag/AgCl凝胶电极,凝胶能够帮助电极在人体静止状态下与皮肤很好地接触,从而降低电极/皮肤界面的接触阻抗,但是当人体运动时,很容易在皮肤表面发生相对位移,带来运动伪影。同时,凝胶的流动性制约了阵列多点的肌群测试,长期使用可能引发皮肤过敏,凝胶干燥使信号不稳定等。