北京师范大学刘楠教授：基于新颖聚合物基质设计的无凝胶表皮电极获得了高质量电生理信号｜前沿用户报道

2021-08-10 21:18:53 HORIBA科学仪器事业部

北京师范大学教授：刘楠

北京师范大学博士生导师，美国斯坦福大学博士后（师从鲍哲南教授），北京大学化学学院博士（师从刘忠范院士），吉林大学化学学院学士。入职北师大之前曾在美国最大的半导体仪器公司应用材料公司任高级工程师。

文献信息

A Lamellibranchia-inspired epidermal electrode for electrophysiology

Mater. Horiz., 2021, 8, 1047-1057

文章署名作者：Guo Ye, Jiakang Qiu, Xiaoyu Fang, Tianhao Yu, Yayan Xie, Yan Zhao, Dongpeng Yan, Chengzhi He*（何程智，北京化工大学） and Nan Liu*（刘楠，北京师范大学）

文章链接：

https://doi.org/10.1039/D0MH01656J

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访谈内容

MH：您最近发表在 Materials Horizons 期刊 Emerging Investigaor 系列上的这篇通讯论文报道了一种受瓣鳃纲 (Lamellibranchia) 动物启发的无凝胶表皮电极，基于新颖的聚合物基质设计获得了高质量电生理信号。从您的第一篇相关论文到最近的这篇文章，您的研究工作是怎样发展的？您对未来的研究有何看法？

刘楠：关于 PDMS 基的类皮肤聚合物，我们发表的第一篇相关报道是一种联吡啶 (Bpy) 改性的 PDMS 弹性体，其中以 Zn²⁺ 作为交联配体 (ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 1, 1486–1494)。最近的这篇文章报道了一种受瓣鳃纲软体动物启发的聚合物，该聚合物由双相改性的 PDMS 弹性体构成，以氢键和二硫键形成动态交联。这两篇报道中的聚合物都具有透明、可拉伸和可自我修复的特点，但是由于结构设计的不同，新报道的这种聚合物还具有相对柔和的粘合性以及生物相容性。

结合银纳米线后，这种基于聚合物（名为 STAR）的电极就可以准确地检测出电生理信号并控制假肢。将来，我们计划将 STAR 与导电物质混合，形成均匀导电的类皮肤导体，以实现电极与测量装置的稳定连接。如何获得稳定的电信号传输，对有效分析和利用电生理信号至关重要。

MH：您的这篇工作中最令您兴奋的是什么方面？

刘楠：这篇工作最让人兴奋的就是这种新型聚合物的性能，可以同时具有可拉伸性、透明性、粘合性、快速自愈性和生物相容性。结合银纳米线作为导体，STAR 还可用作自修复和无凝胶皮肤电极，用于电生理信号采集并进行人机交互。

MH：您认为，在该研究领域中最重要的问题是什么？

刘楠：对于表皮电生理方面的研究而言，最困难的问题是如何获得无凝胶电极以实现对电生理信号的长期监测，同时要能获得较高的信号质量和较低的运动伪影。特别地，表面肌电图 (sEMG) 和脑电图 (EEG) 中的信号是相当微弱的，以至于它们要求表皮电极在皮肤上是超适形的，并且在感知方面具有超强的导电性。表皮电极的重要组成部分是聚合物基底，它可以辅助模仿皮肤功能，实现皮肤的共形贴附。因此在表皮电生理领域，类皮肤和粘附性聚合物的合成非常重要。

MH：您认为您的研究中最具挑战性的方面是什么？

刘楠：要实现准确的表皮电生理学测量，最具挑战性的部分是电极与测量装置之间的稳定连接。这是因为弱信号容易受到“软刚性 (soft-rigid)”连接的干扰，从而带来很大的噪声。为了克服这一挑战，除了材料设计之外，还涉及无线信号传输和数据处理的工作，这对于化学家和材料学家来说是相当具有挑战性的。

MH：您平时如何度过闲暇时间呢？

刘楠：我大部分的业余时间都花在了四岁的女儿身上，我们一起徒步、运动和读书。

MH：您能否与其他的年轻科学家们分享与职业发展相关的建议或想法？

刘楠：我很欣赏乔布斯 (Steve Jobs) 在斯坦福大学演讲中所说的“Stay hungry, stay foolish”。我们生活在一个发展迅速的世界中，需要珍惜时间，努力工作，每天学习！

期刊介绍

Materials Horizons

rsc.li/materials-horizons

Publishing frequency: 12 issues per year
Submission to first decision: 29 days**

IF: 12.319 *

该刊是材料科学领域的领导性期刊，发表高质量、高创新性的研究成果。该期刊侧重于原创性研究，强调所发表的论文要提出新的概念或新的思维方式（概念上的进展），而不是以报道技术方面的进展为主。当然，在概念上未有创新但实现了突破性进展的杰出工作（例如材料性能突破已有纪录）也有被发表的机会。另外，该刊要求所发表的论文能引起材料科学各领域读者的广泛兴趣。

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