近日，《npj Flexible Electronics》期刊发表重磅研究，中国团队研发出一种可注射明胶基低共熔凝胶电极，成功解决传统脑电图（EEG）监测中毛发干扰、信号漂移、佩戴不适等核心难题，为长期高精度脑电监测提供了革命性解决方案。
01
核心技术：从液态到凝胶态的智能相变
脑电图是诊断和研究癫痫、睡眠障碍等神经系统疾病的关键工具，其结果高度依赖于头皮信号采集的质量。传统电极长期以来面临诸多挑战，包括接触不良、头皮自身电阻的干扰以及长时间监测带来的不适。这些局限性常常导致信号噪声大、数据精度降低，从而影响诊断和研究结果。Wang及其同事开发的可注射共聚凝胶巧妙地解决了这些问题，它利用一种独特的相变材料，在体温下可由液态转变为凝胶态。
这种共晶凝胶的配方经过巧妙设计，使其在液态时即可注射，从而能够渗透头皮表面的凹凸不平处，并与皮肤的微观结构紧密接触。注射后，凝胶会固化，形成稳定的界面，并将阻抗降至最低。这种相变对于确保稳定、高保真的脑电信号采集至关重要，相比现有的水凝胶或糊状电极，这是一个显著的改进，因为这些电极在使用过程中容易干燥或移位。由于保持了稳定的电学特性，这种共晶凝胶能够更清晰地记录脑电波，从而更精细地检测细微的神经振荡。
02
生物相容性与便捷性
这种共聚凝胶的物理和化学性质经过精心设计，具有良好的生物相容性和机械柔韧性。其柔软度与人体皮肤相似，显著降低了硬质电极常见的皮肤不适和刺激感。这一特性尤其有利于连续或动态脑电图监测，使患者——无论是在医院还是在家中——都能在无需笨重设备的情况下保持正常的日常活动。此外，其可注射性也简化了电极的贴敷，缩短了设置时间，并避免了剃毛或皮肤准备等繁琐步骤。
研究团队进行的表征研究表明，共晶凝胶界面的电阻抗在与脑电图数据采集相关的宽频率范围内都非常低且稳定。这种稳定性确保了由电极-皮肤阻抗波动引起的信号失真降至最低，而这正是标准脑电图方法中长期存在的问题。此外，该凝胶自愈特性——即在机械损伤后能够重新固化——使其即使在头皮轻微移动或变形的情况下也能保持连续的电连接。
这项研究的另一项突破性成果在于共晶凝胶的多功能性，其功能远不止简单的信号采集。该凝胶中注入了导电纳米颗粒和离子液体，能够提高信号转导效率并抵抗脱水，从而延长工作时间而不降低性能。这种材料创新将可穿戴电子产品的边界拓展至可持续的长期脑部监测领域，为神经诊断和神经反馈等新型应用提供了可能。
03
未来展望与面临的挑战
然而，任何新技术在广泛商业化之前仍面临一些挑战。长期生物稳定性、潜在的免疫反应以及在不同患者群体中的可重复性都需要通过广泛的临床试验进行进一步验证。尽管如此， 这项开创性研究仍然体现了材料科学、生物工程和神经科学的交叉融合，展现了创新思维如何突破医疗技术领域的壁垒。该研究不仅强调了材料特性对生物医学设备性能的重要性，还为无创脑部监测建立了一种新的范式，在最大限度减轻患者负担的同时，确保了数据的完整性。
展望未来，研究团队设想这种共晶凝胶的应用范围可以扩展到个性化医疗领域，定制配方或许能够针对特定的头皮状况或患者需求。此外，它与无线遥测和机器学习驱动的信号分析的潜在结合，有望开启一个全新的时代，实现超高精度、高便捷性的连续实时脑部监测。
来源：Bioengineer
论文DOI：10.1038/s41528-025-00516-2
热门跟贴