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通过检测皮肤表皮的电生理信号实现健康监测是无创医疗的重要手段。近年来，以降低对被监测的用户的干扰、提高生活质量为目标，超薄、柔性、透气的纳米网格 (Nanomesh) 皮肤表面电极被提出，这一类皮肤电极大大提高了健康监测的舒适性，使得人类和电子世界的接口变得友善。利用静电纺织技术制备的超薄柔性的纳米网格 (Nanomesh) 电极具有透气性，它允许汗液透过电极蒸发，因此，即使电极紧密贴附于皮肤表面，皮肤仍然能够正常“呼吸”，避免了长期使用电极对皮肤造成的不适。然而，这类基于导体的无源电极采集到的原始信号仍然很微弱，易于受到环境中噪声的影响。

研究发现，使用有较高跨导的柔性有机电化学晶体管 (OECT) 作为采集电生理信号的有源电极能够实现信号的原位放大，提高信号的质量。然而过去报道的OECT电极不具备透气性，长期贴附于皮肤表面后，可能会造成皮肤的不适，限制了其在日常生活中长期健康监测上的应用。

近日，日本东京大学染谷隆夫 (Takao Someya) 教授的团队在其研究积累的基础上，成功研制了纳米网格结构的新型有机电化学晶体管(nanomesh organic electrochemical transistor, NMOECT)，并将其应用于生理信号的采集和原位放大，以实现信号质量的提高，降低环境中噪声的干扰，实现更加安全可靠的数据采集。该研究先用静电纺织的方法制备柔性透气的纳米网格衬底，然后在该衬底上沉积源漏电极和有机半导体材料 (PEDOT:PSS)，形成了纳米网格状的有机电化学晶体管沟道。其示意图和电子显微镜形貌如图1所示。

超薄柔性的纳米网格有机电化学晶体管(NMOECT)具有很好的抗形变能力，该器件在经过弯折、挤压后，电学性能可保持不变，如图2所示。其跨导可以达到0.88毫西门子，响应时间少于1毫秒，可保证采集到完整的电生理信号。

图2 机械形变前后器件的性能稳定。将器件挤压后，其形变可还原，并且电学特性基本保持不变。

该纳米网格有机电化学晶体管 (NMOECT) 用作皮肤电生理信号电极时，皮肤可视为晶体管的栅极，皮肤表面的电压信号被放大成沟道电流的变化，如图3(a)到(c)所示。由于有源电极的使用，信号可以容易地进行处理，如图3(d)到(f)所示，不同的供电电压可以改变调制的幅值，不同频率的高通滤波器可以调制采集到的信号的形状。滤波器的使用过滤掉了直流信号，提高了信号存储的效率。

图3 该有源电极可以顺从贴附于皮肤表面。采集得到的信号可以实现原位的放大和模拟滤波。

该研究提出了提高透气皮肤电极采集信号质量的新思路。本研究的相关结果被选为 ACS Editors' Choice 进行报道。

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ACS Appl. Electron. Mater., 2020, 2, 11, 3601-3609

Publication Date: November 1, 2020

https://doi.org/10.1021/acsaelm.0c00668

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ACS Applied Electronic Materials 创刊于2019年1月，仅在线出版，12期/年。旨在为读者及作者提供具有突破性和原创性的实验与理论研究，是将材料学、工程学、光学、物理学和化学知识融合于重要的电子材料应用的前沿期刊。

本刊涵盖所有电子材料相关领域，研究主题包括具有导体、半导体、超导、绝缘、介电、磁性、光电、压电、铁电和热电等等性能的无机、有机、离子和聚合物材料。