电子纹身是一种类似于纹身的电子皮肤，它轻薄、透气，可与皮肤共形贴附，进行高精度的生物信号传感，在医学检测和人机交互方面有广泛的应用前景。其中，纹身基底是电子纹身的基础。如今常用的纹身基底，如乙基纤维素（EC）纹身基底，虽然能以极薄的厚度与皮肤形成共形贴合，但当皮肤或组织器官发生大的形变时，由于较差的力学延展性能，EC纹身基底常先于其上的传感材料或器件发生破损，致使传感器失效。因此，开发出兼具自适形能力与机械延展性能的超薄透气纹身基底是电子纹身发展的重要需求。
最近，北京师范大学刘楠团队联合大连理工大学谭振权教授共同开发出了一种超薄（~ 2 μm）透气、类似皮肤机械性能且超越皮肤功能的超级纹身基底。研究团队模仿皮肤中坚硬的胶原纤维与柔软的弹性蛋白基质的嵌入式结构设计出类皮肤的超级纹身。其中，甘油增塑的丝素蛋白静电纺丝纤维起到胶原纤维在皮肤结构中对基质的支撑作用；而在低共熔溶剂（DES）中聚合的聚[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]二甲基-（3-磺丙基）氢氧化铵（PSBMA）离子导电凝胶基质起到基质对纤维支架的包裹作用。
首先，甘油处理能够诱导丝素蛋白纤维内高度曲折的α螺旋非晶结构转变为高度有序的结晶β片，从而稳定和增强了丝素蛋白纤维。增强的丝素蛋白纤维作为骨架支撑起低模量离子导电PSBMA-DES凝胶基质，超级纹身整体表现出和与皮肤类似的J形应力应变曲线，实现了高达5.4 KJ m-2的断裂能量和1.3 MJ m-3的韧性，这有利于在皮肤大变形时的应用。
此外，超级纹身还具有额外的优势：1、超级纹身在复杂皮肤表面具有足够的附着力，能够进一步消除界面间隙，改善界面接触；2、具有离子导电性。与EC纹身相比，两者的共同作用有效降低了界面接触阻抗，提高了电生理信号水平。
最后，超级纹身基底可与多种导电涂层相兼容，成为优秀的传感纹身基底平台。本工作特别展示了吞咽训练过程电生理信号的高质量采集。吞咽具有极大的动作形变，却只产生极弱的电生理信号，但是以超级纹身基底制备的传感电极仍然可以高精度、低噪音捕捉到吞咽动作信息，有望用于中风、帕金森等神经退行性病变引发的面瘫等疾病的诊断与康复治疗。
相关工作以“Breathable, Adhesive and Biomimetic Skin-Like Super Tattoo”为题，发表在Advanced Science（DOI：10.1002/advs.202406706）上，文章第一作者为来自北京师范大学和大连理工大学的硕士生李储琦与谭之源，共同通讯作者为大连理工大学谭振权教授与北京师范大学刘楠教授。
图1 透气、粘附以及仿生的类皮肤超级纹身基底的设计
图2 超级纹身基底的类皮肤力学性质
图3 （a-e）超级纹身基底的粘附性 （f-g）超级纹身基底的离子导电性 （h）超级纹身基底的超薄性质
图4 （a-c）超级纹身基底可作为生物电信号传感的通用平台 （d-i）高灵敏、低噪音吞咽电生理信号的采集
论文信息：
Chuqi Li, Zhiyuan Tan, Xiaohu Shi, Dekui Song, Yan Zhao, Yan Zhang, Zihan Zhao, Weifeng Zhang, Jiongyang Qi, Yifang Wang, Xin Wang, Zhenquan Tan*, Nan Liu*.Breathable, Adhesive and Biomimetic Skin-Like Super Tattoo，Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202406706
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202406706
来源：高分子科学前沿
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