科研人员在皮肤集成电子领域取得新进展

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皮肤集成电子因其在个性化健康管理、通讯和人机交互等领域的应用潜力受到广泛关注。“纹身电子”泛指一种可直接贴在皮肤上的柔性贴片，具有临时纹身的轻松、舒适等特点，目前大多以皮肤表面集成的形式呈现，而使用真皮纹身实现对电生理信号的精确诊断是一种尚未探索的皮肤集成电子范式。

传统Ag/AgCl凝胶电极由于溶剂挥发导致的信号衰减、电解质刺激皮肤和运动伪影干扰等问题，不宜长期使用。电极的物理特性如电导率、电极/皮肤接触阻抗、机械耐久性等均会影响无创电生理评估的可靠性。与皮肤高度共形贴附的超薄纹身干电极有望解决这些问题，实现低电极/皮肤接触阻抗，减轻运动伪影，实现长期稳定监测。

聚3，4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）因其导电率可调、良好的机械柔性和生物相容性等优点，被广泛应用于柔性可穿戴电子设备。但未经处理的PEDOT:PSS导电性和可拉伸性较低，很大程度上限制了应用。

3月15日，清华大学深圳国际研究生院团队的最新研究成果发表于《细胞报告物理科学》。科研人员开发出基于PEDOT:PSS改性的导电聚合物体系PEDOT:PSS/EG/LiTFSI（简称PPEL），制得的超柔性PPEL纹身电极兼具良好的生物相容性、高导电性和高拉伸性，能够实现与人体皮肤的共形贴附。

相较于商业化的Ag/AgCl凝胶电极，该柔性纹身电极在100赫兹频率下表现出更低的皮肤阻抗和优异的稳定性，在静、动态监测过程中产生的信号噪音极低，实现在皮肤及身体运动等复杂状况下高分辨实时心电（ECG）和肌电（EMG）信号监测。

研究团队首次利用纹身技术构筑出真皮纹身电极，实现了在SD大鼠体内长达两周的EMG信号稳定记录。墨水注射14天后，SD大鼠皮肤的组织学横截面表明墨水在真皮层中保持最初注入的位置，而不改变皮肤组织结构。

连续记录皮肤表面外观表明，墨水注入两周后，角质层基本愈合并覆盖了导电通道。注射墨水的部位能够再生毛发，表明真皮纹身不会引起疤痕或非疤痕性脱发。在纹身注射和EMG记录后持续观察大鼠活动长达三个月，发现其与未经墨水注射的参考大鼠活动并无明显差异，进一步表明PPEL墨水的生物安全性。

该成果将纹身电极的应用场景从表皮进一步拓展到皮下真皮层，为深层组织水平上的电子器件和生物组织通信开辟了新途径。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101335