可穿戴生物电子是实现连续健康监测与未来智慧医疗的核心技术。其中，柔性电极能够共形贴附于皮肤表面，实现生物电信号的高保真采集，在运动监测、慢性病管理、术后康复等领域具有广阔的应用前景。然而，现有柔性电极在长时间动态佩戴中普遍面临信号保真度衰减的难题：传统干电极依赖界面双电层电容，对微观接触重建和水合波动高度敏感；湿电极虽初始接触阻抗较低，却易因脱水、汗液稀释导致离子微环境失衡，进而引发电极电位漂移和极化阻抗升高。究其根源，现有柔性电极存在一个共性问题：离子–电子转导主要局限于电极表面局部区域，电化学可及体积和电荷缓冲能力有限，难以在汗液和运动干扰下持续维持低阻抗、电化学稳定的皮肤–电极界面。
针对这一难题，西安交通大学邵金友教授、陈小亮教授团队提出了一种创新的体积可及的混合离子–电子转导机制，旨在解决传统电极难以在动态佩戴下维持低阻抗和电化学稳定的难题。该机制通过构建体积可及的混合离子–电子转导层（PGWL），显著降低界面阻抗、稳定电极电位，并增强抗汗液和机械干扰能力，实现高保真生理信号监测。PGWL以 PEDOT:PSS导电聚合物为基础，协同引入石墨、水性聚氨酯和双三氟甲磺酰亚胺锂，在混合导电网络中同时维持离子可及性与电子连续性，实现离子–电子耦合由“表面受限”向“体相参与”转变。这种体积电荷补偿模式有效扩大了电化学可及体积，增强了对水合变化和机械扰动的电荷缓冲能力，从原理层面突破了传统表面转导模式的性能瓶颈。
在此基础上，研究团队进一步将PGWL与体温激活生物凝胶和透气纳米纤维基底集成，构建出多层结构的软生物电极。生物凝胶提供自适应粘弹共形粘附和持续皮肤侧离子耦合，透气纳米纤维基底则改善长期佩戴舒适性，二者协同抑制汗液和形变引起的界面微滑移。所得电极在10 Hz下皮肤–电极阻抗低至29 kΩ，较商用电极降低12.7倍；在汗液和机械干扰下仍保持高信噪比，信号幅值波动低于5%，展现出优异的抗干扰能力。该生物电极在长期心电监测过程中维持高信噪比，可完整覆盖工作、步行、用餐及睡眠等日常场景，满足长周期动态生理监测的实际需求。
该电极成功应用于中风后康复过程中微弱神经肌肉信号的高保真采集，以及长期动态心电图的稳定记录。在卒中后偏瘫康复评估中，电极阵列能够从患者的背景干扰中清晰分辨离散肌电爆发，实现微弱神经肌肉信号的高保真采集，为康复进程的量化评估提供了可靠手段。此外，多通道电极阵列还成功实现了多种手部动作的准确识别，展示了其在人机智能交互等领域的应用潜力。
以上研究工作以《基于体积可及型离子-电子转导机制的高保真生物电子》（Volumetrically Accessible Ion–Electron Transduction for High-Fidelity Bioelectronics）为题，发表在国际权威期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。西安交通大学前沿院博士生许晋滨为本文第一作者，邵金友教授、陈小亮教授为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74957
陈小亮教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/xiaoliangchen/zh_CN/index.htm
