皮肤是人体最大的器官，提供了大量与人体健康状况密切相关的重要生理生化信号。但是目前常见的表皮生物电子器件与柔软的生物表皮之间实际上为非适形接触，这可能造成关键信号的衰减和丢失，从而导致误判和误诊。此外，由于生物表皮的变形和运动导致的界面的相对滑动使得表皮生物电子器件易受到运动伪影的影响。因此为准确采集和传输表皮信号，柔性的高度适形的传感界面是解决问题的关键。

  近日，中山大学生物医学工程学院周建华教授团队联合多家单位利用近红外（NIR）光温和地引发水凝胶前驱物水溶液的快速热交联，在褶皱的皮肤表面原位形成了高度保形的水凝胶生物电子界面（图2a）。所设计的复合电子材料由甲基丙烯酸明胶/聚乙二醇双丙烯酸酯、碳纳米管和聚多巴胺(GelMA/PEGDA-CNT-PDA)水凝胶组分组成，具有理想的导电性、可调节的机械性能和生物粘附性能以及优异的生物相容性。且原位成型的水凝胶电子器件（ISF-HEs）在各种情形下均能与褶皱的皮肤保持良好的顺应性以及高度的粘附性，不受毛发和皮肤纹理等微观结构的影响（图2b）。基于ISF-HEs的表皮水凝胶应变传感器具有较高的灵敏度（应变敏感度因数为1.23），响应速度快（小于200ms），耐久性好（大于500次循环）等优势，可以准确监测大范围以及微小的人体运动（图2c）。与成熟的商品化的Ag|AgCl电极以及基于预制复合水凝胶的普通粘性水凝胶电极相比，高度适形的水凝胶电极-表皮界面表现出更低的界面阻抗，更好的稳定性和抵抗表皮变形的能力。 

  ISF-HEs被用于采集高质量的表皮肌电信号，其信噪比水平高，信号串扰小且能抗运动伪影（图3a）。随后，以常见的射击运动为例，通过同时进行人体运动和表皮肌电信号监测，充分证明了ISF-HEs用于估测单次射击和连续多次射击的准确度的可行性（图3b）。ISF-HEs的出现为生物电子器件的进步提供更多想法和思路，并有望在不久的将来广泛应用于健康评估、假体控制、脑机接口等领域。 

  该工作以“In-situ Forming Epidermal Bioelectronics for Daily Monitoring and Comprehensive Exercise”为题发表在ACS Nano上，文章第一作者是中山大学生物医学工程学院的唐浩博士研究生。该研究获得国家自然科学基金委、广东省基础与应用基础研究基金委以及广东省传感技术与生物医学仪器重点实验室的支持。

  上述工作是该团队近期关于可穿戴柔性传感器和健康监测的最新进展之一。中山大学生物医学工程学院周建华教授团队长期致力于微流控技术、微纳制造、生物医学微纳检测与传感、快速检测技术、高通量检测和筛选平台、微纳诊疗技术和人工组织器官的研究。相关成果还发表在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Proc. Nati. Acad. Sci.、Angew Chem.、Nano Letter.、Small、Lab Chip、Adv. Funct. Mater.、Biosens. Bioelectron.、Anal. Chem.等期刊上。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c03414

  下载：In-situ Forming Epidermal Bioelectronics for Daily Monitoring and Comprehensive Exercise