Graphene, with its properties of intrinsic flexibility, reliable electrical performance, and high chemical stability, is highly desirable as bioelectrodes for detecting electrophysiological signals. However, its mechanical properties limit its application to a great extent—energy dissipation mechanisms are not provided by the carbon network for external strain and it easily cracks. Herein, inspired by the very structure of the avian nest, we report a durable and nondisposable transparent graphene skin electrode for detecting electrophysiological signals, which was fabricated by semi-embedding highly graphitized electrospun fiber/monolayer graphene (GFG) into soft elastomer. Because of the semi-embedded structure and strong interaction between annealed electrospun fiber and graphene through graphitization, as-fabricated conductive film demonstrated high conductivity and transparency (∼150 Ω/□ at 83% transmittance), as well as a stable electrical performance under mechanical vibrations (strain, peel-off, stir, etc.). It can be used to reliably collect vital biometric signals, such as electrocardiogram (ECG), surface electromyogram (sEMG), and electroencephalogram (EEG). Furthermore, the semi-embedded GFG in the elastomer demonstrated excellent washability (rinsing/stirring in water) and repeatability (∼10 repeats) with high signal-to-noise ratio (up to 30 dB) while detecting sEMG. This is the first report of durable and transparent graphene skin electrode for biometric signals detection, revealing potential opportunities in wearable healthcare applications.

中文翻译：

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一种生物启发，耐用且非一次性的透明石墨烯皮肤电极，用于电生理信号检测

石墨烯具有固有的柔韧性，可靠的电性能和高的化学稳定性，因此非常理想地用作检测电生理信号的生物电极。但是，它的机械性能在很大程度上限制了它的应用-碳网络没有提供用于外部应变的能量耗散机制，并且它容易破裂。在此，受禽巢结构的启发，我们报告了一种耐用且非一次性的透明石墨烯皮肤电极，用于检测电生理信号，该电极是通过将高度石墨化的电纺纤维/单层石墨烯（GFG）半嵌入到柔软的弹性体中制成的。由于半嵌入式结构以及经过退火的电纺纤维和石墨烯之间通过石墨化作用之间的强相互作用，制成的导电膜具有很高的导电性和透明度（在83％的透射率下约为150Ω/□），并在机械振动（应变，剥离，搅拌等）下具有稳定的电气性能。它可用于可靠地收集重要的生物识别信号，例如心电图（ECG），表面肌电图（sEMG）和脑电图（EEG）。此外，在检测sEMG时，弹性体中的半嵌入式GFG具有出色的可洗性（在水中漂洗/搅拌）和可重复性（约10次重复），且信噪比高（最高30 dB）。这是用于生物特征信号检测的耐用且透明的石墨烯皮肤电极的第一份报告，揭示了可穿戴医疗保健应用中的潜在机会。以及在机械振动（应变，剥离，搅拌等）下的稳定电性能。它可用于可靠地收集重要的生物识别信号，例如心电图（ECG），表面肌电图（sEMG）和脑电图（EEG）。此外，在检测sEMG时，弹性体中的半嵌入式GFG具有出色的可洗性（在水中漂洗/搅拌）和可重复性（约10次重复），且信噪比高（最高30 dB）。这是用于生物特征信号检测的耐用且透明的石墨烯皮肤电极的第一份报告，揭示了可穿戴医疗保健应用中的潜在机会。以及在机械振动（应变，剥离，搅拌等）下的稳定电性能。它可用于可靠地收集重要的生物识别信号，例如心电图（ECG），表面肌电图（sEMG）和脑电图（EEG）。此外，在检测sEMG时，弹性体中的半嵌入式GFG具有出色的可洗性（在水中漂洗/搅拌）和可重复性（约10次重复），且信噪比高（最高30 dB）。这是用于生物特征信号检测的耐用且透明的石墨烯皮肤电极的第一份报告，揭示了可穿戴医疗保健应用中的潜在机会。和脑电图（EEG）。此外，在检测sEMG时，弹性体中的半嵌入式GFG具有出色的可洗性（在水中漂洗/搅拌）和可重复性（约10次重复），且信噪比高（最高30 dB）。这是用于生物特征信号检测的耐用且透明的石墨烯皮肤电极的第一份报告，揭示了可穿戴医疗保健应用中的潜在机会。和脑电图（EEG）。此外，在检测sEMG时，弹性体中的半嵌入式GFG具有出色的可洗性（在水中漂洗/搅拌）和可重复性（约10次重复），且信噪比高（最高30 dB）。这是用于生物特征信号检测的耐用且透明的石墨烯皮肤电极的第一份报告，揭示了可穿戴医疗保健应用中的潜在机会。