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  隨著萬物互聯（IoE）時代的到來，柔性電子快速發展，未來的柔性電子器件將像人類皮膚一樣具有柔韌性、可拉伸性與回彈性。柔性可拉伸導體是構筑柔性電子器件必不可少的組件，發展可拉伸導體已成為柔性電子這一新興科技領域的研究前沿。相比于可拉伸電子導體，可拉伸離子導體具有本征可拉伸性，表現出較大的變形能力以及易于制備和加工的優勢；同時，可拉伸離子導體更容易實現高透明度，允許在不阻礙光信號的情況下傳輸電信號，可拓寬其在柔性電子領域中的應用。因此，可拉伸離子導體已經成為開發柔性電子器件不可或缺的重要基礎材料。

  近年來，人們報道了大量的基于水凝膠（水為溶劑）和離子凝膠（離子液體為溶劑）的可拉伸離子導體，并發展了多種多樣的水凝膠和離子凝膠基柔性電子器件。然而，水凝膠無法克服的失水干燥問題阻礙了水凝膠基電子器件在開放環境中的實際使用。離子凝膠存在離子液體泄露的問題（特別是當凝膠發生壓縮和拉伸形變時），其毒性阻礙了離子凝膠在人體可穿戴電子設備中的實際應用，同時也限制了離子凝膠基電子器件的長期穩定服役。因此，創制兼具服役穩定性與生物安全性的可拉伸離子導體將為柔性電子的發展帶來新機遇、開辟新路徑。

無溶劑超分子離子導電彈性體（SF-supra-ICE）的制備、結構及加工

  吉林大學劉小孔教授課題組和深圳先進院劉志遠研究員合作，提出了超分子封裝的理念，利用生物相容性的PVA通過高密度氫鍵交聯對可電離的天然無毒小分子IP6進行封裝，發展了兼具服役穩定性與生物安全性的無溶劑超分子離子導電彈性體(solvent-free supramolecular ion-conductive elastomer, SF-supra-ICE)。該彈性體的室溫離子電導率高達3.3×10^-2 S m^-1，具有類似皮膚的柔韌性、回彈性和應變誘導硬化特性，同時還具有高透明度、透氣性、自粘附性。SF-supra-ICE的制備極為簡便，僅由前驅體水溶液經一步自發的水蒸發過程即可得到，可進行多樣化的加工成型。將SF-supra-ICE的前驅體溶液作為墨水，通過涂抹、繪制、打印等方式可在人體皮膚上構筑個性化的“離子紋身（I-tattoos）”，進而構建多功能的皮膚電子器件，用于人體電生理信號采集監測、人機交互、精準診療等領域。該工作以題為“Solvent-Free and Skin-Like Supramolecular Ion-Conductive Elastomers with Versatile Processability for Multifunctional Ionic Tattoos and on-Skin Bioelectronics”的文章發表于Advanced Materials上。

  該工作的創新性研究結果包括如下兩個方面：

  1.不同于水凝膠和離子凝膠，SF-supra-ICE不含溶劑，這一特點不僅賦予SF-supra-ICE長期穩定的類皮膚力學性能及導電性能，同時賦予其極佳的生物安全性。SF-supra-ICE不會導致人體皮膚過敏與不適，小動物經喂食后也沒有不良反應產生。SF-supra-ICE的長期服役穩定性與生物安全性使其在柔性電子器件領域表現出廣闊的應用前景。

  2.與“電子紋身 (E-tattoo)”形成對照，提出了“離子紋身 (I-tattoo)”的概念，并發展了基于I-tattoo的多功能皮膚電子器件。I-tattoo與人體皮膚超適形無縫貼合，可作為皮膚電極對各種人體電生理信號（心電ECG、肌電EMG、腦電EEG）進行長期、高保真的采集監測。相比于此前報道的和商業化的皮膚電極，I-tattoo電極在性能和成本方面均具有顯著優勢。基于I-tattoo構建的皮膚電子器件可應用于人機交互；通過打印構筑的高密度I-tattoo皮膚電極陣列可用于診斷人體肌肉和脊柱的健康狀況，助力精準與智慧醫療。

SF-supra-ICE與水凝膠基可拉伸導體的穩定性對比

基于SF-supra-ICE的離子紋身(I-tattoo)及生物安全性

I-tattoo作為超適形皮膚電極用于人體電生理信號采集監測

  總結：這項工作所報道的無溶劑離子導電彈性體SF-supra-ICE具有顯著的服役穩定性與生物安全性的優勢，在柔性電子器件、可穿戴電子設備等領域具有廣闊的應用空間；基于SF-supra-ICE的離子紋身（I-tattoo）因易制備、低成本、性能佳等優勢在人體電生理信號采集、人機交互、腦機接口、精準與智慧醫療等領域表現出巨大的實用價值和市場潛力。相關材料與技術已申請中國發明專利。該項工作得到了吉林大學生命科學學院李全順教授課題組在動物實驗方面的幫助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304157