高稳定、低电阻聚多巴胺甲基丙烯酰胺-聚丙烯酰胺水凝胶及其在脑机接口中的应用

作     者：刘兰兰 刘亚风 唐瑞涛 艾骏 马寅佶 陈颖 冯雪 Lanlan Liu;Yafeng Liu;Ruitao Tang;Jun Ai;Yinji Ma;Ying Chen;Xue Feng

作者机构：Institute of Flexible Electronics Technology of THUZhejiangJiaxing Key Laboratory of Flexible Electronics based Intelligent Sensing and Advanced Manufacturing TechnologyJiaxing 314000China AMLDepartment of Engineering MechanicsCentre for Flexible Electronics TechnologyTsinghua UniversityBeijing 100084China Qiantang Science and Technology Innovation CenterHangzhou 310016China College of Aerospace EngineeringChongqing UniversityChongqing 400044China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2022年第65卷第8期

页      面：2298-2308页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 081702[工学-化学工艺] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(U20A6001,11921002,and 11902292) Zhejiang Province Key Research and Development Project(2021C01183,2020C05004,and 2021C05007-4) the Natural Science Foundation of Zhejiang Province of China(LQ19E030003)。 

主　　题：甲基丙烯酰胺 聚丙烯酰胺水凝胶 非共价相互作用 金属电极 脑机接口 商用产品 柔性电极 低电阻 

摘      要：硬质金属电极与柔软人体皮肤之间的界面失效会导致脑机接口器件的信号漂移和性能不稳定,影响脑电信号的精确采集.本研究设计并制备了一种聚多巴胺甲基丙烯酰胺-聚丙烯酰胺(PDMA-PAAM)水凝胶.将多巴胺引入到聚丙烯酰胺水凝胶中,通过多巴胺的氨基与邻苯二酚基团在有机-无机界面上建立共价和非共价相互作用提高了界面粘结力.金属电极与人体皮肤之间形成了强附着和有效模量过渡体系,PDMA-PAAM水凝胶与猪皮之间的剥离力达到22 N m^(-1).此外,通过添加氯化钠和甘油,PDMA-PAAM水凝胶具有稳定的电导率和室温下60天以上的长期使用寿命.将本研究制备的PDMA-PAAM水凝胶集成在柔性金电极上用于脑机接口,采集到的脑电信号强度和波形与同类商用产品基本一致,且PDMA-PAAM水凝胶柔性电极具有更稳定的界面.