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  生物電信號是人體最基本的生理信號之一，通過對生物電信號的監測可以對多種生理疾病進行診斷和預防。隨著微電子科技的不斷發展，越來越多的醫療科技選擇使用電極貼片與診斷設備集成，以實現實時監測人體健康狀況的醫療保健系統。監測系統對于突發性強、致命性高的心腦血管疾病有著顯著的預防作用。

  生物電監測電極作為系統硬件的重要組成單元，直接與人體接觸采集生物電信號，是生物電傳感系統的基礎部件。常見的是銀-氯化銀（Ag/AgCl）凝膠電極，但由于凝膠或粘合劑會對皮膚產生刺激，很難用來長期監測生物電信號。為了實現長效與皮膚接觸監測的功能，生物相容性良好的干電極技術近年來得到了一定的發展。然而，由于皮膚的彈性、粗糙質地，附加汗水，油脂、皮屑和毛發等表面特性，干電極技術在皮膚附著力、接觸阻抗、透氣性等創新優化方面仍面臨較大挑戰。

圖1典型具有足端附著能力的生物結構與功能實現策略

圖2兼具排汗透氣與皮膚黏附的仿生電極設計

  本研究介紹了一種兼具排汗透氣性和多機制附著性能的健康監測電極貼片。貼片的排汗透氣功能采用錐形通孔與蜂窩狀微溝槽集成設計來實現，錐形通孔產生的拉普拉斯液相壓差和微溝槽的毛細力協同實現了汗液的自驅導流作用；Ag/Ni微針陣列和PDMS-t粘附材料的多機制附著一定程度上保障了電極貼片與皮膚接觸的力學穩定性，其中，Ag/Ni微針陣列通過高度控制，形成與皮膚角質層的接觸，在保障安全性的前提下，實現了生物電信號采集通道的可靠性。 

圖5 仿生電極貼片心電監測性能及其與皮膚接觸的生物相容性評價

  仿生電極的皮膚界面阻抗測試顯示，在100Hz以下，仿生電極的接觸阻抗低于標準Ag/AgCl凝膠電極，在監測志愿者的EMG和ECG生物電信號應用中，仿生電極展示出了較好的靜態和動態采集性能。這主要歸因于微針陣列與皮膚高阻抗角質層形成機械鎖合，與通孔陣列柔性聚合物黏附接觸協同作用，增強了仿生電極與皮膚表面的附著力，減少了運動偽影。同時，仿生電極設計中汗液的自驅導流結構保障了皮膚排汗透氣的需求，具有良好的皮膚接觸生物相容性，為實現長效的健康監測提供了新思路和新途徑。

  論文鏈接： https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c13984