稳固的皮肤–电子界面对于可穿戴生物电子器件在动态生理条件下的信号保真度至关重要。原位制备生物相容性电子器件，可通过实现紧密的界面贴合，为柔性皮肤–电子一体化提供一条极具前景的技术路径。然而，目前可用于原位打印的导电油墨普遍存在固有性能权衡：高电导率与强粘附性难以兼得，环境耐受性与按需可控移除相互制约，严重限制了其实际应用潜力。

  针对上述挑战，上海交通大学化学化工学院、张江高等研究院张智涛副教授团队报道了一种导电生物粘合剂（AgBioA），通过将银片分散在动态交联的超分子聚合物网络中，同步实现了五大关键性能：高电导率（>15 000 S cm^-1）、强皮肤粘附力（≈3 N cm^-2）、优异的环境稳定性、乙醇触发的按需溶解特性，以及卓越的生物相容性。AgBioA材料由天然代谢小分子α-硫辛酸（LA）与1,3-二异丙烯基苯（DIB）共聚，并通过加入柠檬酸（CA）引入多重氢键予以强化。这种独特设计赋予了材料对活体组织和刚性电子元器件牢固的界面粘附能力。同时，银片在基质中均匀分散，并自组装形成力学稳定的三维渗流导电网络，从而保障高可靠性导电性能。依托上述优势，成功构建了多种集成式表皮电子器件：包括用于高保真心电图（ECG）与皮肤电活动（EDA）监测的原位制备生物电极，以及一种贴肤型光电容积脉搏波描记法（PPG）传感器。AgBioA的研究为下一代皮肤电子器件提供了一个多功能且可扩展的平台，为长期、运动鲁棒和用户友好的可穿戴健康技术铺平了道路。

  2026年3月9日，该工作以“Highly Conductive Ag Flakes-Based Bio-Adhesive for Multi-Functional Epidermal Electronics”为题发表在《Advanced Materials》（Advanced Materials, 2026; 0: e21677）。文章第一作者是上海交通大学博士生李祖舰。该研究得到国家自然科学基金委、上海市科学技术委员会等经费的支持。

图1. AgBioA的设计及其表皮应用。(a) AgBioA的制备过程示意图；插图显示BioA与AgBioA的光学照片。(b) AgBioA直接在人体皮肤上书的示意图。(c) 用于电生理监测的图案化AgBioA电极示意图。(d) 基于AgBioA构建集成式多模态表皮传感系统示意图。

  研究团队首先以α-硫辛酸（LA）为基元构建生物相容性聚合物基质（BioA），通过引入柠檬酸（CA）抑制环化解聚、1,3-二异丙烯基苯（DIB）增强共价交联，赋予其强粘附、高延展与长期稳定性；再引入银片，借助Ag–S键和羧基–Ag配位实现均匀分散；乙醇挥发驱动银片自组装成致密渗流网络，数分钟内实现绝缘–导电跃变，SEM/EDS/XPS等证实其微观结构与界面化学相互作用。

  当Ag片含量从78提高到90 wt%，电导率显著提升（2600→21700 S cm^-1）。在85 wt%时兼顾高导电性（～15000 S cm^-1）、高延展性（275%）及循环稳定性；超分子BioA基质通过可逆键重组耗散应变，维持导电网络完整性；EIS显示其界面阻抗低至～200 Ω sq^-1（1 Hz），且在10⁴次双相脉冲下电化学性能稳定。

图2. AgBioA结构与电学性能。(a) BioA中超分子聚合物网络示意图。(b) polyLA、poly(LA–CA)及BioA薄膜的傅里叶变换红外光谱；插图：polyLA与BioA薄膜在环境中储存一周后的光学照片。(c) BioA与poly(LA–CA)薄膜的应力–应变曲线。(d) AgBioA在基底上沉积干燥的示意图。(e) AgBioA薄膜中O 1s与S 2p轨道的高分辨X射线光电子能谱。(f) 在猪皮表面直写制备的AgBioA的宏观照片（左上）、暗场光学显微图像（左下）及横截面扫描电子显微镜（SEM）图像（右）。(g) 随银片含量变化的AgBioA电导率。(h) 不同银片含量的AgBioA在单轴拉伸应变下的相对电阻变化。(i) Ag_85%BioA在10%、30%、50%和70%应变下循环拉伸–释放过程中的相对电阻变化。(j) 纯BioA及不同银片含量的AgBioA的电化学阻抗谱曲线。(k) Ag_85%BioA在双相脉冲（脉宽100 ms，幅值±0.1 V vs. Hg₂Cl₂/KCl参比电极）下的电荷注入曲线。(l) Ag_85%BioA在1、100、1000、5000及10 000次循环后的电荷注入曲线。

图3. AgBioA力学与粘附性能。(a) AgBioA薄膜贴附于皮肤的示意图，突出其共形接触的强界面粘附性以及乙醇触发的可逆溶解特性。(b)、(c) 不同银片含量AgBioA在猪皮上的搭接剪切粘附测试和90°剥离测试。(d) AgBioA与代表性表皮用导电材料在电导率–界面粘附强度坐标系中的性能对比：方形符号（?）代表剪切应力，圆形符号（○）代表剥离力；蓝色与红色阴影区分别表示原位制备与非原位制备材料；红色星号（★）标示本工。(e) AgBioA与商用3M胶带在不同皮肤区域（前臂、手背、手掌）的粘附强度对比。(f) AgBioA在模拟生理条件下的粘附稳定性测试：左侧为标准人工汗液（ISO 3160–2）浸泡，右侧为不同温度环境暴。(g) 左：AgBioA相比纯银片墨水展现出更优的耐磨性；右：表皮AgBioA可通过乙醇湿巾选择性去。

  AgBioA通过超分子BioA基质中大量羧基与皮肤表面羟基、氨基等官能团形成动态氢键，构建强韧且可逆的皮肤-电子界面。系统粘附测试表明：77–82 wt% Ag片时剪切强度由55 kPa升至110 kPa，剥离力达～3.1 N cm^-1；超过85 wt%后因刚性增大、聚合物-皮肤接触减少而下降，但仍维持>50 kPa剪切强度和>1 N cm^-1剥离力，优于现有生物导电材料。其交联疏水网络赋予卓越环境稳定性：在人工汗液中长期稳定；?20–60°C范围内剪切强度保持50–90 kPa；pH 4–10下粘附性能恒定。针对脆弱皮肤，可通过调控Ag含量及乙醇触发溶解（>70%粘附力降低）实现个性化、无创移除，兼顾高可靠性与临床安全性。

图4. AgBioA的生物相容性评估。(a) L929细胞与AgBioA与BioA共孵育24小时后的活/死染色荧光图像：活细胞呈绿色，死细胞呈红色。(b) CCK-8法测定的24小时细胞活力定量结。(c) 小鼠皮肤局部敷用AgBioA与BioA持续两周后代表性组织学图像（H&E染色）以及 (d) 炎症相关免疫荧光染色：巨噬细胞（CD68，绿色）、T淋巴细胞（CD3，红色），细胞核以DAPI复染（蓝色）。

  AgBioA经体外（L929细胞）和体内（小鼠背部皮肤14天）评估，均显示优异生物相容性：体外细胞存活率>99%，与对照组无显著差异；体内组织学及CD68/CD3免疫荧光染色证实无炎症、水肿、坏死或免疫细胞浸润，表皮与真皮结构完整。结果表明其满足长期表皮电子器件应用所需的细胞与机体双层级生物安全性标准。

图5. AgBioA在电生理应用中的性能表现。(a) 使用AgBioA电极与商用Ag/AgCl凝胶电极记录的典型心电图（ECG）信号对比。(b) ECG测量信噪比（SNR）的定量比。(c) AgBioA电极在多种生理/力学条件下的ECG信号：(i) 出汗状态下，(ii) 连续佩戴24小时后，(iii) 皮肤拉伸状态，(iv) 皮肤压缩状态。(d) 基于AgBioA电极进行皮肤电活动（EDA）监测的示意图。(e) 原始EDA信号（蓝色）以及解耦所得基线成分（红色）与相位成分（绿色），分别在闭眼放松状态与限时心算诱发的认知应激状态下测得。(f) 受试者观看动作电影期间，AgBioA（红色）与Ag/AgCl凝胶电极（蓝色）所测EDA响应对比：上部曲线为随时间变化的原始电导信号，下部曲线为分解后的相位信号；橙色虚线为基于均方根（RMS）计算的峰值检测阈值，红色“×”标记识别出的皮肤电反应（SCR）事件。(g) 三位受试者中，AgBioA与Ag/AgCl电极各自检测到的SCR事件数量对比。(h) 三位受试者EDA信号的信噪比（SNR）对比。(i) 利用AgBioA电极开展的长期、实时EDA监测，覆盖日常活动场景：电脑办公、小憩、步行及会议。

图6. AgBioA在表皮电路应用中的性能表现。(a) LED阵列原位集成于皮肤表面的示意图：AgBioA同时承担导电互连与强效表皮粘附双重功能。(b) AgBioA基LED阵列在不同力学形变状态下的光学照片（初始、压缩、扭转、拉伸状态）。(c) LED阵列在各形变条件下的相对光强保持率；L₀和L₀分别表示初始亮度与形变后亮度。(d) 皮肤集成式表皮功能传感器的构建示意图。(e) 制备在拇指上的表皮式光电容积脉搏波（PPG）传感器的光学图像。(f) 表皮PPG传感器在静息状态（心率：89 bpm）与跑步后（心率：103 bpm）记录的典型PPG波形。(g) 拇指佩戴表皮PPG传感器时，在静态条件下及局部手指运动过程中所采集的PPG信号。(h) 在相同运动条件下，对比三种PPG传感器的信号质量：基于刚性PET基底、柔性TPU基底制备后贴附于手指的传感器，与直接皮肤集成的AgBioA基传感器。

  AgBioA在表皮电子领域展现出多功能集成优势：（1）ECG监测：电极阻抗更低，信噪比达35.9 dB（优于商用Ag/AgCl电极的31.4 dB），在出汗、24小时连续佩戴及皮肤拉伸/压缩下仍保持高保真信号（SNR ≥27.9 dB）；（2）EDA监测：微图案化电极实现高透气性与舒适性，可精准分辨SCL与SCR成分，在认知应激、电影刺激及日常活动中均与商用电极高度一致（R2=0.843），且运动伪影显著更小；（3）电路集成：可直接“书写”导电互连，驱动LED阵列并承受扭曲/拉伸；（4）PPG传感：在拇指原位构建全柔性光电容积脉搏波传感器，实现运动中稳定心率与波形采集，优于PET/TPU基器件。整体验证了AgBioA作为“电极-粘合剂-导电互连”一体化材料的巨大应用潜力。

  总之，研究团队开发了一种突破导电性与皮肤粘附性权衡困境的多功能生物粘合剂（AgBioA）。其通过可聚合硫辛酸超分子网络与银片协同设计，集成高电导率（>15000 S cm^-1）、强皮肤粘附（~3 N cm^-1）、环境稳定性、优异生物相容性及乙醇触发可移除性。AgBioA支持原位快速制备表皮电极与传感器，实现运动鲁棒的ECG/EDA监测及PPG光学传感。结合材料创新与可扩展的“皮肤直写”工艺，AgBioA为可穿戴人机接口提供了力学柔顺、电学可靠、生物安全的一体化平台，有望推动远程健康监护、闭环生物反馈及类人软体机器人等下一代应用。

  原文链接https://doi.org/10.1002/adma.202521677

课题组简介

  张智涛课题组依托上海交通大学化学化工学院与张江高等研究院，致力于设计并构建高性能柔性电子皮肤材料与器件，并结合微电子集成电路技术，应用到可穿戴电子设备、生物医疗电子设备等领域，持续推动“材料—器件—系统”全链条创新。课题组已发表论文60余篇，总引超万次，包括Science（2篇）、Nature（1篇）、Nature子刊（6篇）。欢迎具备高分子合成、材料学、化学、物理、微电子、生物医学等学科背景的博士后、博士生、硕士生、本科生加入我们的团队，共同组建一个团结温馨、朝气蓬勃、富有创造力的研究团队。