Small：用于高保真表皮生物界面的状态可编程、导电且可激活的生物粘合剂

     由于电极–皮肤界面在顺应性与机械稳定性之间存在固有的权衡，要在表皮生理学中同时实现微米级顺应性与机械稳定性依然充满挑战。离子导电凝胶虽能通过流体浸润提供低界面阻抗，但面临失水干燥和不稳定的问题。而干式软电极虽能提供机械稳定性，却缺乏紧密贴合皮肤所需的流变适应性。基于此，本文报道了一种状态可编程的接枝互穿网络（g-IPN），以此制备出一种可打印且可二次激活的导电粘合剂（RCA）。该 RCA 同时具备高导电性、状态依赖性粘附力以及可逆的粘弹性。通过溶剂激活，RCA 能从机械强度高的固体薄膜转变为流体状态，进而渗透至复杂的皮肤表面和毛发遮挡区域，提供比传统凝胶更低的界面阻抗。这些特性使其能够在刚性和柔性电极平台上均实现稳定的脑电图（EEG）与脉搏信号记录，为构建高保真表皮生物电子界面开辟了一种可扩展的策略。

• 状态可编程与超分子重构机制：加工打印后，随着溶剂挥发，材料形成机械强度高、无粘性的干燥固体薄膜，便于储存、运输和精确定位。在临用前仅需溶剂激活，即可通过氢键的可逆重构使材料软化为流体态，实现微观级顺应。

• 解决毛发与复杂皮肤表面的低阻抗接触：激活后的 RCA 能够顺应皮肤微观拓扑结构，甚至渗透入毛发遮挡区域，有效消除界面空隙。相比传统商业导电凝胶，RCA 在低频下展现出更低的界面阻抗和更优异的粘附性能。

图 1. (a) 聚氨酯–聚丙烯酸接枝互穿网络的结构示意图。(b) RCA 由溶剂触发的状态转变示意图。(c) RCA 的制备与部署过程示意图：3D 打印后经溶剂挥发形成干化、无粘性的导电薄膜，可作为预封装贴片储存以备按需使用。(d) RCA 在表皮生物电中用于电极–皮肤界面的应用。(e) 顺应性结合的界面机制。(f–i) 打印出的 RCA 薄膜的封装与操作展示。(j) 手腕拉伸期间保持稳定的粘附状态。(k) 放大图，展示与皮肤微观拓扑结构的紧密接触。(l) 手腕弯曲时与皮肤形成的顺应性粘附。(m) 局部放大图，展示在皮肤折叠下仍保持顺应性贴合。

图 2. (a) 不同 PEDOT:PSS 浓度下，RCA 的剪切粘度随剪切速率的变化曲线。(b) RCA 的墨水打印示意图。(c) 干燥后玻璃基底上打印的 RCA 条带照片。(d) 干燥状态下的低粘附性，便于在激活前进行精准定位与操作处理。(e) 激活状态下的强粘附性，可与皮肤保持稳定的机械接触。(f) RCA 的表皮界面贴合展示：(i) 应用时，薄膜粘附于皮肤上，形成稳定的界面接触；(ii) 使用后材料可被干净剥离且无残留，便于重复及便捷使用。(g) 不同 RCA 配方的拉曼光谱。(h) 不同 RCA 配方的红外光谱。(i) P4:A6 比例的 RCA 在固体薄膜状态与激活状态下的红外光谱对比。

图 3. (a) 不同配方下 RCA 的电导率。(b) 相对电阻变化率随拉伸应变（0%–150%）的变化。(c) 压缩载荷（0–20 N）作用下的相对电阻变化率。(d) 打印出的 RCA 条带照片。(e) 拉伸应力下 RCA 条带的照片。(f) 打印出 RCA 条带的扭转形变。(g) 干燥的 RCA 条带承受玻璃小瓶重量的展示。(h) 不同 PEDOT:PSS 含量的 RCA 复合材料的拉伸应力–应变曲线。(i) 皮肤表面上90°剥离粘附力–位移曲线。(j) 玻璃基底上90°剥离粘附力–位移曲线。

图 4. (a) 在手腕处使用刚性 Ag/AgCl 电极，分别通过 P4:A6 和商业导电脑电凝胶测得的皮肤阻抗。(b) 在枕骨区使用 Ag/AgCl 电极，分别通过 P4:A6 和导电凝胶测得的头皮/电极阻抗。(c) 使用 Ag/AgCl 电极时，P4:A6 和导电凝胶在皮肤上测得的界面粘附能。(d) 在手腕处使用柔性 PPC 电极，分别通过 P4:A6 和导电凝胶测得的皮肤/电极阻抗。(e) 使用 PPC 电极分别通过 P4:A6 和导电凝胶测得的头皮/电极阻抗。(f) 使用 PPC 电极时，P4:A6 和导电凝胶在皮肤上测得的界面粘附能。

图 5. (a) 闭眼实验范式下，使用集成 RCA 的 Ag/AgCl 电极记录到的 EEG 原始信号。(b) 经过 1–40 Hz 范围带通滤波后的 EEG 信号。(c) 图 (a) 中 EEG 信号的功率谱密度图。(d) 睁眼实验范式下，使用 Ag/AgCl 电极记录到的 EEG 原始信号。(e) 经过 1–40 Hz 范围带通滤波后的 EEG 信号。(f) 图 (d) 中 EEG 信号的功率谱密度图

本研究成功开发了一种状态可编程特性电极。RCA 的状态可编程特性使其能够以稳定的固体形式进行制备和储存，同时允许在应用过程中快速转化为顺应性界面状态。此外，使用人皮肤成纤维细胞进行的体外细胞毒性评估显示，在 12.5% 至 100% 的 RCA 浸提液浓度下，细胞存活率介于 96% 至 109% 之间，这表明在测试条件下未检测到细胞毒性，从而支持了 RCA 在皮肤界面生物电子应用中的潜力。由此产生的界面能够与皮肤最外层实现紧密接触，即使在毛发遮挡的头皮表面也能实现强粘附力和低阻抗。除了表皮传感之外，其模块化接枝架构还为定制生物电子界面提供了一种可扩展的策略。RCA 与基于打印制造技术的兼容性，进一步表明其在实现高通量生产以及用于稳固粘附界面的预封装电子设备和传感器方面具有巨大契机。通过将可扩展制造与自适应界面力学相结合，这种材料策略显著拓宽了下一代可穿戴及临床生物电子系统的设计空间。

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