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北京师范大学《AM》:一种超导电且可图案化的40nm厚聚合物薄膜,用于可靠的情绪识别
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-06-07  点击数:30

  1成果简介

 

  了解心理学是现代社会的一项重要任务,有助于预测人类行为并提供相应的反馈。要监测微弱的心理和情绪变化,就需要生物电子设备具有可拉伸性和顺应性,以便不露痕迹地采集高保真信号。薄型导电聚合物薄膜一直被视为理想的界面;然而,要同时兼顾机械坚固性和光电特性是非常具有挑战性的。本文,北京师范大学刘楠教授团队在《Advanced Materials》期刊发表名为“
  An Ultra-Conductive and Patternable 40 nm-Thick Polymer Film for Reliable Emotion Recognition”的论文,研究报告了一种基于石墨烯层介导的光刻双网络导电聚合物的 40 纳米厚薄膜,它同时具有可拉伸性、导电性和保形性。光刻聚合物和石墨烯通过π-π、静电作用和氢键的分子重排赋予了薄膜光图案性,增强了应力消散能力,并提高了光导电性(4458S cm-1@ > 90% 透明度)。我们进一步将该薄膜应用于波纹状面部皮肤,监测微妙的肌电图,并通过机器学习算法来理解复杂的情绪,这表明该薄膜具有出色的可拉伸和顺应性生物电子学能力。
  2图文导读 

  图1所示。制备40nm厚的聚合物薄膜(PLPG)作为可定图化、可拉伸和柔性的生物电极。a) PLPG作为紫外图案化生物电极的示意图。b)对数分析显示了各种PEDOT:PSS薄膜的电导率特性。Pr-P表示原始PEDOT:PSS膜,PLP表示光刻PEDOT:PSS膜,PLPG表示PLP/石墨烯膜,PLPG- s表示酸处理后的PLPG膜。PLP与石墨烯层界面后,电导率急剧增加了两个数量级。c) PLPG的透光率。插图照片在黑色虚线矩形内圈出透明PLPG。d)参考文献中PLPG与可patternable PEDOT:PSS的电导率、厚度和透明度的比较。e-g)照片显示纹身上的树形PLPG膜与平面(e)、压缩(f)和拉伸(g)皮肤一致粘附。

 

  图2。PLPG的机电稳定性

 

  图3。PLPG中聚合物链的微结构工程

 

  图4。PLPG可拉伸柔顺生物电极的设计

 

  图5。PLPG运动的电生理监测

 

  图6。面部肌电信号(fEMG)监测的PLPG和机器学习的情绪分析   
  3小结
  总之,我们开发出了一种 40 nm 厚的聚合物薄膜,可制成可图案化、可拉伸和顺应性生物电极。通过采用聚合物链工程策略,PLPG 的光电导率高达 4458 S cm-1(透明度大于 90%),这是目前报道的基于 PEDOT:PSS 的薄膜的最高电导率。利用 PLPG 的可图案化优势,可以将其设计成特定图案,从而提高其机械电气稳定性。利用这些指标,PLPG 建立了可靠有效的生物界面,从而实现了无运动伪影的电生理监测。在情绪识别实验中,PLPG 展示了其高保真监测微妙fEMG信号的能力,使识别准确率高达 93%。我们的可图案化、可拉伸和保形生物电极为电生理应用中的长期稳定性带来了巨大希望。
  文献:

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