《Nano Energy》：用于个人健康监测的自清洁、超可拉伸织物基生物电极

Ultra-Stretchable and Superhydrophobic Textile-Based Bioelectrodes for Robust Self-Cleaning and Personal Health Monitoring

Jiancheng Dong, Dan Wang, Yidong Peng, Chao Zhang, Feili Lai, Guanjie He, Piming Ma, Weifu Dong, Yunpeng Huang*, Ivan Paul Parkin*, Tianxi Liu*

Nano Energy, 2022, DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107160

近年来，可穿戴表皮生物电极因其能够非侵入地监测人体动作（如关节动作、脉搏等）和生物电信号（如肌电信号、心电信号、脑电信号），而在运动传感、健康管理和人机交互领域具有广泛的应用价值。为了适应日常生活和恶劣环境中的实际应用，可穿戴生物电极必须同时具备良好的穿戴舒适性、优异的生理信号检测性能，以及对外界恶劣环境（汗液、污渍、腐蚀性液体等）的良好耐受性。传统的金属或凝胶生物电极因其柔韧性差和难以透气的缺陷，不能满足表皮生物电极对抗形变能力、透气/透湿性、耐候性的需求。

鉴于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组以高弹性、低杨氏模量、透气透湿的静电纺SEBS弹性体织物为基材，将廉价、高导电性的炭黑/碳纳米管（CB/CNT）杂化导电材料负载于弹性基体以构筑耐形变的0D-1D杂化导电层，接着将全氟辛基三乙氧基硅烷改性的 TiO₂ 纳米颗粒 (PFOTES-TiO₂ NPs)负载于导电层表面，SEBS弹性纤维表面自适应的CB/CNT杂化导电网络可以在超高拉伸（>1000%）下维持稳定的导电通路，而具有微纳结构和低表面能的外层 PFOTES-TiO₂ NPs为导电织物提供了超疏水表面。基于此，本工作成功地构筑了一种超可拉伸、具备优异健康监测性能和出色自清洁能力的织物基生物电极，在作为可穿戴应变传感器时，其具有1050.0%的超宽检测范围和高达1134.7的极高应变系数。应用于表皮生物电极时，该织物电极也能够实时、精确的监测人体心电 (ECG) 和肌电 (EMG) 信号。此外，该织物电极还具有极好的防污性能，以及对多种腐蚀性液体甚至机械损伤的耐受能力，确保了其在恶劣环境下的性能稳定性。因此，这项研究为开发高性能、可舒适穿戴的表皮生物电极提供了新途径。

本论文第一作者为化工学院博士研究生董建成，通讯作者为黄云鹏副教授、刘天西教授和英国伦敦大学学院（University College London）Ivan P. Parkin教授。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522002415

自清洁、超可拉伸织物基生物电极的设计示意图