近日，北京师范大学化学学院刘楠教授团队开发出一种皮肤状、光学伪装和高电导率的离子皮肤，用于全天监测表皮电生理信号。该离子皮肤基于一种与离子液体共混的氟化聚氨酯弹性体（PUF-IL），其中将2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1,6-己二醇(OHD)作为含氟链段引入PU骨架，并采用富氟的[EMIM]⁺[TFSI]^-作为离子液体。氟原子的电负性会对阳离子产生强大的静电力。源自PU基质中OHD段对[EMIM]⁺离子的紧密拖曳导致了强的氟-阳离子相互作用（图1a），从而产生更多的自由离子，离子电导率也得到提升（约10^-3 S cm^-1）。此外，由于这种强的氟-阳离子相互作用，材料中的离子在水环境下不易发生离子交换或泄漏，使得其在水中的离子电导率相对稳定，甚至能承受超声处理。因此，PUF-IL离子皮肤可以在大气和有水环境中准确测量各种细微的电生理信号，进而应用于可穿戴医疗保健，进行全天表皮生物电位监测。该工作以“Highly Conductive and Underwater Stable Ionic Skin for All-Day Epidermal Biopotential Monitoring”为题发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2022, 2206424 (early view)) 上。文章第一作者是已毕业硕士生陈霆雷。该研究得到了国家纳米中心朱嘉教授理论计算方面的支持、美国南密西西比大学顾晓丹教授聚合物X射线表征方面的支持。该研究获得了国家自然科学基金委的资助。

图1 PUF-IL离子皮肤的示意图

图2 验证 PUF-IL 中的氟-阳离子相互作用

图3 机械性能的表征

 图4 电学性质及各类性质比较

图5 PUF-IL电极在表皮电生理检测中的性能

图6 使用带有PUF-IL电极的智能腕带进行全天表皮生物电势检测

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202206424