近日，中国科技期刊卓越行动计划重点期刊《中国科学信息科学》（Science China-Information Sciences）在线发表了我院赵强教授、李杨教授团队在可穿戴电生理采集电极领域的最近研究成果“A stretchable, ionic conductive, and adhesive patch electrode with ultra-low on-skin impedance for electrophysiological signal recording”。
柔性电生理采集电极在医疗和神经科学领域展现出巨大的应用潜力，而构建低阻抗界面对于电生理监测至关重要，因此要求电极具备高信噪比、强粘附性以及持久的稳定性能。然而，现有的商用银/氯化银湿电极面临诸多局限，例如脱水、舒适性差以及生物相容性较低。尽管干电极和半干电极的出现在一定程度上改善了这些问题，但仍在信号质量和使用舒适性方面存在挑战。
针对这些问题，赵强教授、李杨教授团队提出了一种创新解决方案：利用可质子化的丙烯酸（AA）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）单体作为凝胶基质，并引入无机盐或离子液体，开发出一种具有超低皮肤阻抗的可拉伸且坚韧的离子凝胶电极。通过双质子释放单体与无机盐或离子液体的协同作用，显著提升了凝胶的离子含量，从而实现了高离子电导率（最高达0.038 S cm-1），并将低频范围内的皮肤阻抗降低至仅24 kΩ·cm2，仅为商用电极阻抗的5%。此外，离子凝胶中丰富的亲水基团赋予其卓越的吸水能力，使其能够在失水与水合之间实现动态平衡，而不损害其原有性能。在网络骨架结构和多聚合交联的支持下，这种动态平衡可在长达5小时的时间内保持低阻抗，确保运动过程中实现高信噪比（约20-24 dB）和稳定的电生理信号监测。因此，该方法有效克服了因电极失水或环境因素导致的性能下降问题。这一研究为可穿戴电生理采集电极的长期使用和高质量信号获取提供了重要的技术支持，预示了其在未来医疗和神经科学领域的广阔应用前景。
图1 离子凝胶电极内部网络结构示意图及其动态补水策略下的皮肤阻抗特性
我院李杨教授和赵强教授为该论文的共同通讯作者，李杨教授、2022级硕士研究生顾雨哲和2021级硕士研究生钱胜为该论文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和南京邮电大学高层次人才启动基金等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s11432-024-4246-9