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  穩固的皮膚–電子界面對于可穿戴生物電子器件在動態生理條件下的信號保真度至關重要。原位制備生物相容性電子器件，可通過實現緊密的界面貼合，為柔性皮膚–電子一體化提供一條極具前景的技術路徑。然而，目前可用于原位打印的導電油墨普遍存在固有性能權衡：高電導率與強粘附性難以兼得，環境耐受性與按需可控移除相互制約，嚴重限制了其實際應用潛力。

  針對上述挑戰，上海交通大學化學化工學院、張江高等研究院張智濤副教授團隊報道了一種導電生物粘合劑（AgBioA），通過將銀片分散在動態交聯的超分子聚合物網絡中，同步實現了五大關鍵性能：高電導率（>15 000 S cm^-1）、強皮膚粘附力（≈3 N cm^-2）、優異的環境穩定性、乙醇觸發的按需溶解特性，以及卓越的生物相容性。AgBioA材料由天然代謝小分子α-硫辛酸（LA）與1,3-二異丙烯基苯（DIB）共聚，并通過加入檸檬酸（CA）引入多重氫鍵予以強化。這種獨特設計賦予了材料對活體組織和剛性電子元器件牢固的界面粘附能力。同時，銀片在基質中均勻分散，并自組裝形成力學穩定的三維滲流導電網絡，從而保障高可靠性導電性能。依托上述優勢，成功構建了多種集成式表皮電子器件：包括用于高保真心電圖（ECG）與皮膚電活動（EDA）監測的原位制備生物電極，以及一種貼膚型光電容積脈搏波描記法（PPG）傳感器。AgBioA的研究為下一代皮膚電子器件提供了一個多功能且可擴展的平臺，為長期、運動魯棒和用戶友好的可穿戴健康技術鋪平了道路。

  2026年3月9日，該工作以“Highly Conductive Ag Flakes-Based Bio-Adhesive for Multi-Functional Epidermal Electronics”為題發表在《Advanced Materials》（Advanced Materials, 2026; 0: e21677）。文章第一作者是上海交通大學博士生李祖艦。該研究得到國家自然科學基金委、上海市科學技術委員會等經費的支持。

圖1. AgBioA的設計及其表皮應用。(a) AgBioA的制備過程示意圖；插圖顯示BioA與AgBioA的光學照片。(b) AgBioA直接在人體皮膚上書的示意圖。(c) 用于電生理監測的圖案化AgBioA電極示意圖。(d) 基于AgBioA構建集成式多模態表皮傳感系統示意圖。

  研究團隊首先以α-硫辛酸（LA）為基元構建生物相容性聚合物基質（BioA），通過引入檸檬酸（CA）抑制環化解聚、1,3-二異丙烯基苯（DIB）增強共價交聯，賦予其強粘附、高延展與長期穩定性；再引入銀片，借助Ag–S鍵和羧基–Ag配位實現均勻分散；乙醇揮發驅動銀片自組裝成致密滲流網絡，數分鐘內實現絕緣–導電躍變，SEM/EDS/XPS等證實其微觀結構與界面化學相互作用。

  當Ag片含量從78提高到90 wt%，電導率顯著提升（2600→21700 S cm^-1）。在85 wt%時兼顧高導電性（～15000 S cm^-1）、高延展性（275%）及循環穩定性；超分子BioA基質通過可逆鍵重組耗散應變，維持導電網絡完整性；EIS顯示其界面阻抗低至～200 Ω sq^-1（1 Hz），且在10⁴次雙相脈沖下電化學性能穩定。

圖2. AgBioA結構與電學性能。(a) BioA中超分子聚合物網絡示意圖。(b) polyLA、poly(LA–CA)及BioA薄膜的傅里葉變換紅外光譜；插圖：polyLA與BioA薄膜在環境中儲存一周后的光學照片。(c) BioA與poly(LA–CA)薄膜的應力–應變曲線。(d) AgBioA在基底上沉積干燥的示意圖。(e) AgBioA薄膜中O 1s與S 2p軌道的高分辨X射線光電子能譜。(f) 在豬皮表面直寫制備的AgBioA的宏觀照片（左上）、暗場光學顯微圖像（左下）及橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（右）。(g) 隨銀片含量變化的AgBioA電導率。(h) 不同銀片含量的AgBioA在單軸拉伸應變下的相對電阻變化。(i) Ag_85%BioA在10%、30%、50%和70%應變下循環拉伸–釋放過程中的相對電阻變化。(j) 純BioA及不同銀片含量的AgBioA的電化學阻抗譜曲線。(k) Ag_85%BioA在雙相脈沖（脈寬100 ms，幅值±0.1 V vs. Hg₂Cl₂/KCl參比電極）下的電荷注入曲線。(l) Ag_85%BioA在1、100、1000、5000及10 000次循環后的電荷注入曲線。

圖3. AgBioA力學與粘附性能。(a) AgBioA薄膜貼附于皮膚的示意圖，突出其共形接觸的強界面粘附性以及乙醇觸發的可逆溶解特性。(b)、(c) 不同銀片含量AgBioA在豬皮上的搭接剪切粘附測試和90°剝離測試。(d) AgBioA與代表性表皮用導電材料在電導率–界面粘附強度坐標系中的性能對比：方形符號（?）代表剪切應力，圓形符號（○）代表剝離力；藍色與紅色陰影區分別表示原位制備與非原位制備材料；紅色星號（★）標示本工。(e) AgBioA與商用3M膠帶在不同皮膚區域（前臂、手背、手掌）的粘附強度對比。(f) AgBioA在模擬生理條件下的粘附穩定性測試：左側為標準人工汗液（ISO 3160–2）浸泡，右側為不同溫度環境暴。(g) 左：AgBioA相比純銀片墨水展現出更優的耐磨性；右：表皮AgBioA可通過乙醇濕巾選擇性去。

  AgBioA通過超分子BioA基質中大量羧基與皮膚表面羥基、氨基等官能團形成動態氫鍵，構建強韌且可逆的皮膚-電子界面。系統粘附測試表明：77–82 wt% Ag片時剪切強度由55 kPa升至110 kPa，剝離力達～3.1 N cm^-1；超過85 wt%后因剛性增大、聚合物-皮膚接觸減少而下降，但仍維持>50 kPa剪切強度和>1 N cm^-1剝離力，優于現有生物導電材料。其交聯疏水網絡賦予卓越環境穩定性：在人工汗液中長期穩定；?20–60°C范圍內剪切強度保持50–90 kPa；pH 4–10下粘附性能恒定。針對脆弱皮膚，可通過調控Ag含量及乙醇觸發溶解（>70%粘附力降低）實現個性化、無創移除，兼顧高可靠性與臨床安全性。

圖4. AgBioA的生物相容性評估。(a) L929細胞與AgBioA與BioA共孵育24小時后的活/死染色熒光圖像：活細胞呈綠色，死細胞呈紅色。(b) CCK-8法測定的24小時細胞活力定量結。(c) 小鼠皮膚局部敷用AgBioA與BioA持續兩周后代表性組織學圖像（H&E染色）以及 (d) 炎癥相關免疫熒光染色：巨噬細胞（CD68，綠色）、T淋巴細胞（CD3，紅色），細胞核以DAPI復染（藍色）。

  AgBioA經體外（L929細胞）和體內（小鼠背部皮膚14天）評估，均顯示優異生物相容性：體外細胞存活率>99%，與對照組無顯著差異；體內組織學及CD68/CD3免疫熒光染色證實無炎癥、水腫、壞死或免疫細胞浸潤，表皮與真皮結構完整。結果表明其滿足長期表皮電子器件應用所需的細胞與機體雙層級生物安全性標準。

圖5. AgBioA在電生理應用中的性能表現。(a) 使用AgBioA電極與商用Ag/AgCl凝膠電極記錄的典型心電圖（ECG）信號對比。(b) ECG測量信噪比（SNR）的定量比。(c) AgBioA電極在多種生理/力學條件下的ECG信號：(i) 出汗狀態下，(ii) 連續佩戴24小時后，(iii) 皮膚拉伸狀態，(iv) 皮膚壓縮狀態。(d) 基于AgBioA電極進行皮膚電活動（EDA）監測的示意圖。(e) 原始EDA信號（藍色）以及解耦所得基線成分（紅色）與相位成分（綠色），分別在閉眼放松狀態與限時心算誘發的認知應激狀態下測得。(f) 受試者觀看動作電影期間，AgBioA（紅色）與Ag/AgCl凝膠電極（藍色）所測EDA響應對比：上部曲線為隨時間變化的原始電導信號，下部曲線為分解后的相位信號；橙色虛線為基于均方根（RMS）計算的峰值檢測閾值，紅色“×”標記識別出的皮膚電反應（SCR）事件。(g) 三位受試者中，AgBioA與Ag/AgCl電極各自檢測到的SCR事件數量對比。(h) 三位受試者EDA信號的信噪比（SNR）對比。(i) 利用AgBioA電極開展的長期、實時EDA監測，覆蓋日常活動場景：電腦辦公、小憩、步行及會議。

圖6. AgBioA在表皮電路應用中的性能表現。(a) LED陣列原位集成于皮膚表面的示意圖：AgBioA同時承擔導電互連與強效表皮粘附雙重功能。(b) AgBioA基LED陣列在不同力學形變狀態下的光學照片（初始、壓縮、扭轉、拉伸狀態）。(c) LED陣列在各形變條件下的相對光強保持率；L₀和L₀分別表示初始亮度與形變后亮度。(d) 皮膚集成式表皮功能傳感器的構建示意圖。(e) 制備在拇指上的表皮式光電容積脈搏波（PPG）傳感器的光學圖像。(f) 表皮PPG傳感器在靜息狀態（心率：89 bpm）與跑步后（心率：103 bpm）記錄的典型PPG波形。(g) 拇指佩戴表皮PPG傳感器時，在靜態條件下及局部手指運動過程中所采集的PPG信號。(h) 在相同運動條件下，對比三種PPG傳感器的信號質量：基于剛性PET基底、柔性TPU基底制備后貼附于手指的傳感器，與直接皮膚集成的AgBioA基傳感器。

  AgBioA在表皮電子領域展現出多功能集成優勢：（1）ECG監測：電極阻抗更低，信噪比達35.9 dB（優于商用Ag/AgCl電極的31.4 dB），在出汗、24小時連續佩戴及皮膚拉伸/壓縮下仍保持高保真信號（SNR ≥27.9 dB）；（2）EDA監測：微圖案化電極實現高透氣性與舒適性，可精準分辨SCL與SCR成分，在認知應激、電影刺激及日常活動中均與商用電極高度一致（R2=0.843），且運動偽影顯著更小；（3）電路集成：可直接“書寫”導電互連，驅動LED陣列并承受扭曲/拉伸；（4）PPG傳感：在拇指原位構建全柔性光電容積脈搏波傳感器，實現運動中穩定心率與波形采集，優于PET/TPU基器件。整體驗證了AgBioA作為“電極-粘合劑-導電互連”一體化材料的巨大應用潛力。

  總之，研究團隊開發了一種突破導電性與皮膚粘附性權衡困境的多功能生物粘合劑（AgBioA）。其通過可聚合硫辛酸超分子網絡與銀片協同設計，集成高電導率（>15000 S cm^-1）、強皮膚粘附（~3 N cm^-1）、環境穩定性、優異生物相容性及乙醇觸發可移除性。AgBioA支持原位快速制備表皮電極與傳感器，實現運動魯棒的ECG/EDA監測及PPG光學傳感。結合材料創新與可擴展的“皮膚直寫”工藝，AgBioA為可穿戴人機接口提供了力學柔順、電學可靠、生物安全的一體化平臺，有望推動遠程健康監護、閉環生物反饋及類人軟體機器人等下一代應用。

  原文鏈接https://doi.org/10.1002/adma.202521677

課題組簡介

  張智濤課題組依托上海交通大學化學化工學院與張江高等研究院，致力于設計并構建高性能柔性電子皮膚材料與器件，并結合微電子集成電路技術，應用到可穿戴電子設備、生物醫療電子設備等領域，持續推動“材料—器件—系統”全鏈條創新。課題組已發表論文60余篇，總引超萬次，包括Science（2篇）、Nature（1篇）、Nature子刊（6篇）。歡迎具備高分子合成、材料學、化學、物理、微電子、生物醫學等學科背景的博士后、博士生、碩士生、本科生加入我們的團隊，共同組建一個團結溫馨、朝氣蓬勃、富有創造力的研究團隊。