电子科技大学岳秦教授团队 Nat. Commun.: 用于耳脑电的近零蠕变离子弹性体

2026-09-18 来源：高分子科技

科学难点：聚合物网络的力学稳定性是保障柔性电极长期信号采集精度的重要因素。然而在离子弹性体中，柔性高分子链在持续应力下容易发生链滑移与重排，引发材料结构蠕变和信号漂移，而传统提高交联密度的策略又往往以牺牲材料的柔韧性为代价。有效抑制聚合物链的长程运动，在保持低模量与稳定离子传导的同时实现耳脑电信号的长期无漂移采集，一直是柔性生物电子材料领域的关键挑战。

耳部脑电图（Ear-EEG）信号的监测与识别为追踪心理状态提供了一种有前景的非侵入性方法。与刚性金属电极相比，聚合物电极具有柔韧性、良好的生物相容性、优异的皮肤附着力和佩戴舒适性，但其准确性常因持续拉伸下聚合物的蠕变而导致信号漂移。

为解决这一问题，岳秦团队提出一种分子策略：通过设计聚合物链之间形成分子内二面角结构来补偿熵损失，从而抑制蠕变。该共聚物整合了两种不同的交联结构：由静电自协调稳定的柔性片段，以及由共价主链桥接形成的少量刚性片段。原位散射分析和理论模拟证实，共价桥接的TAO片段呈现出一定刚性的二面角构型，有效抑制了链滑移并消除了粘弹性。同时，动态二硫键交换进一步增强了网络在变形过程中的稳定性。该设计成功实现了一种近零蠕变的聚电解质离子弹性体Poly(TA-co-TAT)-TAO，具有优异的拉伸性（>200%）和弹性（滞后<7.5%，在160%应变时恢复率>99%）。凭借其持久的抗蠕变性能（12小时内蠕变率<0.4%），这种可穿戴脑电图设备能够在真实环境中实现可靠、长期的心理状态监测。

图1 近零蠕变离子弹性体的结构设计

近期，电子科技大学岳秦教授团队以硫辛酸及其功能化衍生物为构建单元，结合静电自配位与主链共价桥联，构建了兼具柔性链段与少量刚性链段的近零蠕变离子弹性体Poly(TA-co-TAT)-TAO（图1）；并结合原位X射线散射、分子动力学模拟及电子顺磁共振表征，揭示了刚性二面角约束与动态二硫键交换协同调控聚合物网络稳定性的机制（图2）。其中，聚合物链间通过共价桥联形成的刚性二面角结构能够有效限制分子链滑移与长程重排，动态二硫键交换则进一步稳定持续形变下的网络结构，使材料在保持柔软性和超过200%拉伸能力的同时，实现12小时内低于0.4%的蠕变（图3）。由此制备的柔性电极在约50 kPa持续压缩12小时后，电阻信号漂移仅约0.27%（图4）。进一步将其集成到无线可穿戴耳脑电设备中，实现了α节律及听觉稳态响应的稳定采集，并结合机器学习开展了情绪识别与音乐反馈演示（图5、6）。这项研究通过分子尺度的构象约束与动态网络调节，缓解了离子弹性体柔韧性与抗蠕变性能难以兼顾的问题，为低漂移柔性电极的设计及长期生理电信号监测提供了新的思路。

2026年9月15日，该工作以“Near-Zero Creep Ionic Elastomer for Non-drifting Ear Electroencephalogram Signal Acquisition”为题在线发表于《Nature Communications》（2026，DOI：10.1038/s41467-026-77777-6）。文章第一作者为电子科技大学硕士生刘芮铭、博士生张晓军，和西北工业大学博士生葛学阳，通讯作者为岳秦教授。该研究得到国家自然科学基金和国家青年拔尖人才支持计划的资助。