近日，美國化學(xué)化工新聞期刊（C&EN）以“可用于長期監(jiān)測(cè)健康信息的透氣性電子器件”（“Breathable electronics could monitor our health long-term”）為題專題報(bào)道了南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生周偉欣以第一作者在國際著名期刊《ACS Nano》發(fā)表的研究成果。周偉欣同學(xué)在該校一流學(xué)科建設(shè)國際交流專項(xiàng)基金的資助下于2018年至北卡羅萊納州立大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，他將前期發(fā)展的多孔電極制備技術(shù)與所在的北卡羅萊納州立大學(xué)課題組的表皮電子器件相結(jié)合，制備出“具有透氣性的超薄、可拉伸多孔電極制備的表皮電子器件”（“Gas-Permeable, Ultrathin, Stretchable Epidermal Electronics with Porous Electrodes”）。南郵為該論文的第一單位，馬延文教授和北卡羅萊納州立大學(xué)朱勇教授為共同通訊作者。博士后研究員姚姍姍（北卡羅萊納州立大學(xué)、紐約大學(xué)石溪分校）為論文共同第一作者，博士研究生王宏宇（北卡羅萊納州立大學(xué)）與博士研究生堵晴川（南京郵電大學(xué)）分列第三、第四作者。

表皮電子器件（Epidermal Electronics）是可以貼合或者植入人體的電子器件，是柔性電子領(lǐng)域的重要組成部分。這類電子器件在醫(yī)療健康與人機(jī)接口中有著廣泛的應(yīng)用。然而，目前的表皮電子器件大多數(shù)都制備在無孔隙的固態(tài)聚合物襯底上（如聚二甲基硅氧烷PDMS，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET和聚酰亞胺PI）。這些材料缺乏透氣性，會(huì)阻止汗液等皮膚分泌的揮發(fā)性成分散發(fā)，降低佩戴的舒適度，甚至有可能會(huì)產(chǎn)生過敏等現(xiàn)象。另一方面，這些材料較硬，難以和皮膚形成緊密接觸，在長時(shí)間佩戴中容易脫落且不利于生物電信號(hào)的采集。因此，開發(fā)質(zhì)地柔軟的良好透氣新材料作為襯底對(duì)于表皮電子設(shè)備的長時(shí)間應(yīng)用十分重要。

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)此類材料發(fā)展中的瓶頸問題，結(jié)合了馬延文教授課題組在呼吸圖法制備柔性材料中的經(jīng)驗(yàn)與朱勇教授課題組在柔性電子器件的制備和應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，提出了使用呼吸圖法制備表皮電子材料，獲得了具有多孔結(jié)構(gòu)的超薄透氣性電極。這種電極具有良好的透氣性，能夠使汗液自由蒸發(fā)，且其超薄特性（小于10微米）使之能夠與皮膚緊密貼合，從而提升了對(duì)生物信號(hào)的監(jiān)測(cè)質(zhì)量。研究團(tuán)隊(duì)將這種超薄透氣性電極分別應(yīng)用于生物電電極和觸摸傳感器的觸摸電極中取得了良好的效果。

值得一提的是，這種材料可以在皮膚上持續(xù)佩戴一周以上而不產(chǎn)生過敏現(xiàn)象。該材料還可以作為觸摸電極，與藍(lán)牙控制器一起集成在織物上，制作成具有無線操控功能的袖套，與電腦建立通訊后，能夠?qū)崿F(xiàn)鍵盤部分功能的操控。

從左至右分別為：貼合在皮膚上的超薄透氣性電極、光學(xué)顯微鏡下電極微觀結(jié)構(gòu)、作為生物電電極采集的心電圖與肌電圖信號(hào)與具有無線觸摸傳感功能的袖套