近年来，柔性电子材料的发展为人机交互技术的进步提供了极大助力，开发柔性电极材料用于解决人机交互界面持续稳定信号获取等关键问题得到了研究者的广泛关注。研究者们开发了多种基于水凝胶材料的柔性生理电极，保证了电极在短期或一次性使用过程中的生物组织相容性。然而水凝胶电极在长期使用过程容易大量失水导致电极形变进而降低信号获取能力，同时也会伴随细菌滋生诱发皮肤炎症问题。因此亟待开发可用于人机交互界面长效工作的新型柔性抑菌生理电极材料。

近日，西北工业大学研究团队提出制备基于可降解醋酸纤维素复合材料的长效、质轻、抑菌功能的柔性气凝胶电极用于人机界面长期、安全、高质量的生理信号监测。

柔性气凝胶电极制备及信号采集示意图

柔性纤维素气凝胶材料不仅质轻、多孔，其结构中丰富的羟基官能团可以大量吸收和保留电解液，延迟其在使用过程中的流失，进而大幅度提升柔性电极的使用时效，使其在长期应用中保持更低的接触阻抗和更长的使用时间。

柔性气凝胶电极及商业电极在长期使用中接触阻抗分析

此外，纤维素气凝胶材料制备过程复合了银纳米线-聚吡咯（AgNWs@PPy）核壳结构纳米添加剂，在保证生理电信号获取质量的同时具有广谱抑菌能力，极大地提升了柔性气凝胶电极在人机交互界面的使用时效。研究发现，气凝胶电极的大肠杆菌抑菌率远高于商业电极及纤维素本身，该功能的实现对长期人体健康监测和辅助临床医疗诊断具有重要意义。

柔性气凝胶电极抑菌性能测试

此外，研究人员利用睁闭眼脑机接口范式（睁眼（EO）/闭眼（EC））比较了商用金杯电极与气凝胶电极的脑电信号采集能力。结果发现，在有效性方面，气凝胶电极相较商用电极采集的信号信噪比更高，使用时间更长。特别当商用电极在12h后失去信号采集能力时，气凝胶电极仍能清晰地记录相应的生理电信号特征。

使用商业电极与柔性气凝胶电极进行睁闭眼脑电信号采集

纤维素及其衍生物是绿色、无毒、具有可持续性和生物相容性的聚合物材料，应用于生物医学领域，不仅提升了柔性气凝胶材料在临床推广可行性，同时热诱导相分离制备法简化了电极生产流程，有望推进大规模产业转化。
相关成果以“Sponge Inspired Flexible, Antibacterial Aerogel Electrode with Long-Term High-Quality Electrophysiological Signal Recording for Human-Machine Interface”为题发表在Advanced Functional Materials上。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202309704

（来源：高分子科学前沿）