近日，广东以色列理工学院化学工程专业2022级学生叶辛元、李乐祺以第一作者身份在期刊《ACS Sensors》发表题为“皮肤适应性PU-PVA纹身电极”（Temporary Tattoo-Inspired, Skin-Adaptable Epidermal Electrode from an Ultrathin PU–PVA Film）的学术论文。文章通讯作者为化工系王燕副教授。

在广以的攀岩课上，乐祺第一次接触这项充满挑战的运动。然而作为初学者，她常常在攀岩结束后感到肌肉酸痛。自己的肌肉是否发力到位？如何更好地避免运动损伤？这些困惑成为了科研探索的灵感来源，成就了一篇由同学攀岩经历引发灵感写成的高水平论文，有如意大利诗人彼特拉克在《登顶旺图山》中所呈现的“体验攀山的经历比从山峰俯瞰景色更为宝贵”，展示了广以学子不畏艰难、努力攀登科学高峰的精神风貌。

当前，高保真生理信号的连续监测在医疗健康管理、神经康复和脑科学研究中具有重要意义，尤其是构建稳定、柔顺、舒适且可规模化生产的皮肤电极是实现精准电生理记录的关键。然而，当前广泛应用的干式金属电极在运动过程中易丢失信号且佩戴不舒适；而凝胶电极虽然具备较好的粘附性和导电性，但其厚重、透气性差以及干燥速度快等问题，限制了其在长时间动态监测中的应用。此外，许多新型柔性电子器件依赖复杂的微纳图案化工艺和高成本材料（如金、石墨烯），这使得大规模生产和临床转化面临挑战。

正是攀岩中的亲身体验，让乐祺萌生了一个创新构想：能否开发一种轻薄透气、像纹身一样贴合皮肤的电极？通过检测肌肉电信号（表面肌电，sEMG），实时分析攀岩过程中不同肌群的激活情况，从而帮助初学者乃至专业运动员了解自己的发力模式，优化训练方式并预防损伤。

这个想法得到了团队的响应，然而，研发之路并非一帆风顺。研究初期，超薄电极的皮肤贴附稳定性成为最大难题。“尽管信号性能良好，但汗液或身体移动极易导致电极脱落。”辛元表示，“多种材料与胶粘剂的测试均未获得理想方案。”

乐祺在日常生活中的一个发现为研究提供了关键线索。“洗澡时，我注意到临时纹身贴在遇水后能牢固贴附皮肤，无需任何胶粘剂。这种‘水活化黏附’机制引起了我的极大兴趣。”深入研究后，团队意识到这一现象的本质是水活化引发的氢键重排，这为开发新型皮肤电极提供了可行路径。氢键虽弱于共价键，但具有灵活、可逆的特性，在湿润环境中更易形成。这一认识促使团队研究思路发生重要转变：解决贴附问题的关键不在于追求粘接强度，而在于材料的适应性与协同作用。

基于这一理念，团队提出了一种基于聚氨酯（PU）纳米网格增强的聚乙烯醇（PVA）超薄复合膜构建的“纹身式”皮肤电极。这种电极无需外部粘附材料，使用简单的NaCl/甘油/水三元水合液即可在皮肤表面实现快速贴附，具有极强的皮肤适应性、高机械柔韧性、良好的透气性与粘附性，能够实现即贴即用并且长时间高质量信号采集。该电极厚度仅为5.2微米，通过与溶液湿润的皮肤贴附形成强力黏附，无需粘接剂或外部加热设备，操作简便，制备过程快速，具备显著的工程化潜力。

临时纹身启发的皮肤自适应超薄 PU?PVA 膜表皮电极

该系统适用于无线肌电图（EMG）、脑电图（EEG）和心电图（ECG）信号的采集，能够在大幅度关节运动（如攀岩、俯卧撑）或全天候佩戴（如连续24小时心电监测）的场景中，依然保持出色的抗干扰能力和信号保真度。其卓越的透气性、电学稳定性、机械耐久性和耐汗性能，使得“仿纹身电极”在实际应用中展现出广阔的应用前景。

基于PU?PVA纹身电极对俯卧撑与攀岩运动中肌肉募集能力动态的分析

辛元表示，科研不仅是实验的积累，更是不断反思细节、结合理论的过程。“正是对界面构型、电极含水性等因素的关注，帮助我们建立了材料与信号之间的完整逻辑，这也是我最宝贵的收获之一。”

从岩壁上的困惑到实验室里的突破，这项研究的初衷来自生活，又回归于生活。乐祺表示，这不仅是科学探索，更是热爱与实践的结合。“真正的创新，往往诞生于那些我们愿意多看一眼、多想一下的日常瞬间。”

2023级学生曹轩文在大一便加入了课题组，是论文的共同作者之一。“通过这个项目，我学习了如何设计、执行、总结一个完整的研究课题。王燕老师的指导和师兄师姐的帮助让我对未来独立开展研究充满了信心。”

“同学们能迅速抓住问题核心，并提出切实可行且富有创造性的解决方案，有效攻克了多项关键技术难题。”王燕副教授对同学们在项目中展现出的独立思考能力和创新精神予以高度评价。“这些成果不仅推动了可穿戴生物电子与柔性传感器领域的学术进展，也为他们未来的学术生涯奠定了坚实基础。”

ACS Sensors

《ACS Sensors》（JCR Q1，中科院一区TOP期刊，IF=9.1）是美国化学会主办的传感器科学与技术旗舰期刊，为涵盖化学、材料科学、生物医学、环境科学与工程等交叉领域的高性能传感器研究提供顶级发表平台。其内容聚焦于从传感器基本工作机制到器件集成和应用的全链条创新，涵盖生物传感、电化学传感、柔性可穿戴电子、神经界面、环境监测与成像等前沿方向。该期刊创刊于2016年，由ACS Publications出版，现已成为可穿戴生物电子与高精度电生理监测领域的代表性国际期刊。

文/图：王燕课题组、GTIIT传媒与公共事务部