在可穿戴生物电子领域，“贴肤舒适”与“环境耐受”似乎一直是难以调和的矛盾。传统水凝胶电极要么在日常活动中透气差、易脱落，要么在极端温湿度下性能崩溃。而近期发表在《Nature Communications》上的一项研究，成功打破了这一僵局 —— 研发出厚度仅 392nm 的有机水凝胶纳米膜表皮电极，既像第二层皮肤般贴合舒适，又能在 - 80℃~150℃、2% 低湿度甚至真空环境中稳定工作，连续 9 天精准捕捉心电图信号。

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一、核心突破：超薄设计 + 复合体系，兼顾双重适应性

这款电极的核心优势在于实现了 “皮肤适应性” 与 “环境适应性” 的统一，其秘密藏在独特的结构与材料设计中。

1. 极致超薄 + 复合结构，贴肤无负担

电极采用聚氨酯（PU）纳米网增强的京尼平交联明胶基质，经甘油 / 氯化钠 / 单宁酸电解质塑化而成，厚度仅 392nm。这种超薄设计带来了极低的弯曲刚度（8.7×10⁻¹¹ nN・m），远低于人体角质层和真皮层，能完美贴合皮肤纹理甚至指纹轮廓，日常活动中可随皮肤褶皱自由形变。

同时，PU 纳米网与水凝胶形成 “钢筋混凝土” 结构，让电极兼具高拉伸性（166.3% 应变）、韧性（3.0 MJ/m³）和强粘附性（365.8 μJ/cm²），能承受 1000 次 100% 应变循环而不损坏，反复粘贴 200 次仍能稳定附着在皮肤表面。

2. 多效防护，极端环境稳如泰山

通过溶剂替换策略，电极中的自由水被甘油、单宁酸等替代，形成稳定的有机水凝胶体系，从而具备全方位环境耐受能力：

抗冻耐热：-80℃不结冰、150℃不分解， Differential Scanning Calorimetry（DSC）测试显示其无明显凝固峰；

抗脱水抗真空：2% 低湿度、真空环境下 30 天仍保留≥92.7% 重量，室温储存 200 天性能不变；

抗菌防污染：单宁酸能破坏细菌细胞膜，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭效率≥99.3%，形成 1.7~2.1cm 的抑菌圈。

二、实测表现：透气舒适，信号捕捉超可靠

1. 穿戴体验拉满，告别闷热与脱落

电极的高透气性和汗液渗透性解决了传统电极的痛点：空气渗透率达 0.2 cm³・cm⁻²・s⁻¹・cmHg⁻¹（是 3μm 聚对二甲苯膜的 1700 倍），水蒸气透过率接近敞口容器水平。跑步 20 分钟后，传统凝胶电极下出现汗液堆积并脱落，而该电极能快速排汗，皮肤与电极间温差几乎为零，长时间佩戴无闷热感。

2. 多场景信号监测，精准且稳定

在 9 天连续动态监测中，电极捕捉的心电图（ECG）信号信噪比始终保持在 32dB 以上，P 波、T 波清晰可辨，即使在跑步、洗漱、睡眠等不同状态下，波形也无明显漂移。相比之下，传统凝胶电极在运动 16 分钟后就因汗液干扰导致信号失真并脱落。

此外，该电极还能精准捕捉脑电图（EEG）α 波、肌电图（EMG）、运动神经传导速度（MCV）等多种电生理信号。即使在 - 80℃、150℃等极端环境储存 30 天后，仍能稳定记录 10Hz 的 α 脑电波，展现出极强的环境适应性。

三、应用前景：从日常健康到极端场景全覆盖

这款超薄有机水凝胶纳米膜电极的出现，为软生物电子学开辟了新方向。其兼具的贴肤舒适性、长期稳定性和极端环境耐受性，使其不仅适用于日常健康监测（如慢性病管理、睡眠监测），还能满足特殊场景需求：

极地科考、航空航天等极端环境下的生命体征监测；

长时间康复训练中的生理信号追踪；

冷链运输中的疫苗有效性监测等。

随着 fabrication 工艺的规模化优化，这款 “像皮肤一样的电极” 有望成为下一代可穿戴医疗设备的核心组件，让连续、精准、无负担的健康监测成为常态。

参考文献：

Wang, Z., et al. Sub-400 nanometer-thick skin and environment adaptable organohydrogel nanofilm epidermal electrode. Nat Commun 16, 10103 (2025).