离子皮肤因其良好的生物相容性和离子导电性，逐渐成为人机交互、医疗监测等领域的理想生物电子界面材料。然而，如何让离子皮肤在干燥与水下交替环境中，同时兼顾柔性、透湿、粘附和稳定的导电能力，是该领域面临的全新难题。现有材料设计往往顾此失彼：多孔纳米网或亲水凝胶薄膜在空气中透湿性好，但一入水便面临严重的离子浸出、过度溶胀及粘附失效问题，而传统的疏水离子凝胶虽能实现水下粘附，但在空气中无法有效排出汗液。

  东华大学孙胜童研究员长期致力于智能柔性防护材料的基础与应用研究，特别在高性能离子皮肤领域积累了系列创新成果：基于多尺度竞争网络开发了应变硬化离子皮肤，提升其拉伸耐受性和耐疲劳性（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；利用粘滞性含氟共聚物开发了抵抗振动破坏的高阻尼离子皮肤（Adv. Mater. 2023, 35, 2209581）；基于无机晶体Liesegang非平衡生长过程开发了媲美指纹传感的美学离子皮肤（Adv. Mater. 2023, 35, 2300593）；通过多尺度物理交联开发了在宽频范围内处于凝胶点状态的自顺服离子皮肤（Nat. Commun. 2024, 15, 885）；利用液晶弹性体的独特软弹性开发了兼具自顺服和透气功能的离子皮肤（Nat. Commun. 2025, 16, 11510）。

  近期，该团队以离子液体调聚物为溶剂开发了新型的两栖离子皮肤材料，可在干湿两态环境中同步维持柔性、粘附性、透湿性及离子导电性。该离子皮肤由线性聚离子液体及离子液体调聚物复合而成。其中，线性聚离子液体结构中含亲水酰胺基团，可有效疏导水分子传输，实现良好的透湿性能。离子液体调聚物为具有星型拓扑的全疏水结构，基本不发生缠结，在干湿状态下均为粘流体，可充当体系的大分子溶剂，并产生高效抗水粘附。由于结构单元的高度相似性，二者通过拓扑互锁形成了结构均一的新型凝胶材料，并兼具回弹性和粘附能力。利用水面超铺展技术可制备超薄离子皮肤薄膜，在干湿两栖环境中稳定传输生理信号。

  2026年6月12日，相关成果以“Amphibious Breathable Ionic Skin Enabled by Dynamically Interlocked Star-Shaped Ionic Liquid Telomers”为题，发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.73701）上。东华大学化学与化工学院博士研究生王伟为文章第一作者，孙胜童研究员和武培怡教授为论文共同通讯作者。

图1. 两栖离子皮肤的二元结构设计

  通过调控调聚剂与离子液体单体的比例，星型离子液体调聚物的分子量、尺寸及其玻璃化转变温度广泛可调。此外，通过调整调聚物含量可对两栖离子皮肤的宏观力学和流变性能进行调控。经优化筛选，作者选取离子液体调聚物含量为70 wt%的离子皮肤做后续研究。该材料在干湿态下均具有良好的柔性和粘附性能，对猪皮的界面韧性分别达到248.6和81 J m^-2。此外，在人体运动频率范围内（0.1–50 Hz），干湿两态离子皮肤均具有较高的粘性耗散能力（tan δ > 0.9），使其可自由顺服皮肤动态变形，有助于抑制运动伪影。

图2. 两栖离子皮肤的性能优化

图3. 两栖离子皮肤的粘附和自顺服性能

  此外，作者借助SAXS、AFM、二维低场核磁、二维相关红外光谱等表征方法从纳米尺度和分子水平上解析了两栖离子皮肤的相结构及内部物理相互作用。研究证实，离子液体调聚物与线性聚离子液体确在分子水平上发生了显著的结构互锁。此外，离子液体调聚物自由度相对较高，可迅速扩散至材料表面，从而产生高界面粘附。

图4. 两栖离子皮肤的相结构与物理相互作用

  该离子皮肤水蒸气透过率高达546 g m^-2 day^-1，与日常皮肤汗液挥发率（~600 g m^-2 day^-1）相当。此外，离子液体调聚物作为大分子溶剂，赋予了材料优异的水下稳定性。相较而言，以疏水小分子离子液体（如EMI TFSI）作为溶剂并不能完全抑制离子泄露。凭借这些综合优势，该两栖离子皮肤在表皮电子领域展现出强大应用潜力。其界面阻抗显著低于商用凝胶电极，且能完美贴合指纹等复杂曲面皮肤。在肌电信号手势识别应用中，该离子皮肤可精准捕捉干态、湿态及水下振荡(100 Hz声波干扰)三种不同应用场景下诱发的动作电位。

图5. 两栖离子皮肤的表皮电子应用

  该研究工作得到了国家自然科学基金重点、优青、面上等项目的资助与支持。德国于利希中子散射中心（JCNS）吴宝虎博士也参与了该研究。

  论文链接：http://doi.org/10.1002/adma.73701