彩绘导电电极可直接“画”在皮肤上

来源：科技日报
记者：张佳欣

美国宾夕法尼亚州立大学（Penn State）的画研究团队在最新一期《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了一项突破性成果。工程师们成功将艺术创作与前沿科技融合，彩绘开发出一种可直接“绘制”在皮肤表面的导电电极彩色导电电极。这种新型导电墨水不仅具备可水洗、可直可重绘的接皮特性，还能用于制造高度个性化的肤上可穿戴传感器，实时采集心脏、画肌肉及脑部活动的彩绘生物电信号，为下一代可穿戴医疗设备提供了全新的导电电极技术路径。

告别空气间隙：从“贴附”到“绘制”的可直范式转变

现有的可穿戴医疗设备主要依赖物理贴附在皮肤表面的电极来采集人体电信号。然而，接皮传统电极与皮肤之间往往存在微小的肤上空气间隙，这会干扰信号传输并降低采集精度。画

针对这一痛点，彩绘研究团队研发了一种可直接在皮肤上绘制的导电电极导电墨水。该墨水干燥后能迅速形成功能性电极，彻底消除了电极与皮肤间的空气层。这种紧密贴合皮肤纹理的设计，显著提升了信号采集的质量与稳定性，实现了从“被动贴附”到“主动融合”的技术跨越。

像脸部彩绘一样自由：个性化与舒适性的完美平衡

这种导电墨水的特性酷似儿童喜爱的脸部彩绘。起初，墨水呈半透明状，但加入食用色素后，即可调配出任意颜色，绘制出卡通人物、超人标志等个性化图案，真正实现了可穿戴设备的定制化。

技术核心亮点包括：

• 水基配方：团队将多种聚合物与酸性添加剂混合，制成安全的水基导电墨水。
• 快速固化：湿润状态下墨水具有类似胶水的粘性，约10分钟即可自然干燥固化，用户也可借助吹风机加速这一过程。
• 创新连接材料：为解决电子模块连接问题，团队设计了一种类似金属布的多孔银纺织材料。液态墨水渗入其中并固化后，能与皮肤形成牢固结合。
• 极致耐用与舒适：该复合材料在拉伸至原长度150%以上时仍保持不断裂，且允许汗液和毛发穿透，从而在保证高导电性和强黏附性的同时，极大提升了佩戴的舒适度。

实测表现：稳定监测与智能控制

实验数据充分验证了该技术的可靠性与实用性：

1. 长时间稳定监测：在连续12小时的心电信号监测实验中，彩绘电极始终保持信号稳定，无漂移现象。
2. 动态环境适应性：即使在剧烈运动过程中，电极依然能够紧密附着于皮肤，并准确测量生物信号。
3. 智能交互应用：研究团队利用采集到的前臂肌电信号，成功实现了无需物理接触即可控制机器人假肢，展示了其在康复医疗和人机交互领域的巨大潜力。