北京师范大学刘楠教授团队 AFM：各向异性电子皮肤用于神经反馈训练

2023-12-11 来源：高分子科技

基于脑电的神经反馈训练在认知神经科学和疾病治疗中具有广泛吸引力。然而，目前仍然缺少一种能够集记录和反馈双重功能于一体且不引起信号串扰的电极。通过各向异性的结构设计，可控调节材料的电学和力学性能，便于在信号互不干扰的条件下准确检测压力和电生理信号。

近日，北京师范大学化学学院刘楠教授团队开发了一种用于神经反馈训练的各向异性纤维素碳海绵（CCS）电极，具有在信号互不干扰的条件下记录压力和电生理信号的双重传感功能。该工作是以天然木头为原料，通过溶液处理制备得到纤维素骨架，然后浸渍氧化石墨烯导电溶液，再进行梯度温度退火的方法制备而成（图1）。这种方法包括较低（300°C）和较高（1000°C）温度处理，分别得到CCS-LT和CCS-HT。CCS- LT在垂直于纤维素取向方向（方向1）上具有良好的压缩回弹性，CCS- HT在取向方向（方向2）上具有较低的面电阻(≈ 13 Ω sq^?1) （图2, 3）。CCS-LT作为压力传感部分，具有优异的灵敏度（1.04 kPa^?1），快速响应时间（27 ms）和可靠的稳定性（1000次循环）（图3）。CCS-HT作为表皮电极，可以记录高保真的电生理信号（图4）。基于上述双重传感功能，他们将各向异性电子皮肤集成在一个闭环神经反馈系统中，这一系统有助于促进认知神经活动，增强大脑重塑。该工作以“Anisotropic Electronic Skin for Neurofeedback”为题发表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者是北京师范大学硕士生胡文亚。该研究得到了北京同步辐射装置（BSRF-1W2A）在小角X射线散射方面的大力支持，合肥工业大学周立川老师在力学模拟方面的支持与帮助。该研究还获得了国家自然科学基金委的资助。

图1 各向异性电子皮肤的制备及应用展示

图2 各向异性电子皮肤的形貌及电学性能

图3 力学性能及压力传感性能测试

图4 电生理传感测试

图5 脑电信号分析

图6 基于各向异性电子皮肤的闭环神经反馈系统

北京师范大学刘楠课题组长期关注电子皮肤材料的研究。在过去的两年中，团队在低维碳基高性能电子皮肤（Nat. Commun., 2021, 12, 4880; Adv. Mater. 2023, 2304956）、电极/皮肤界面耦合规律及多场景应用（ACS Nano 2022, 16, 17168; Adv. Funct. Mater. 2022, 2206424; Adv. Func. Mater. 2023, 2303990）以及光触发电子皮肤（Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107524; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111529; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2212210）等领域有了深厚的积淀。可穿戴材料实验室真诚欢迎对该领域感兴趣的同学们加入，欢迎咨询：nanliu@bnu.edu.cn

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/liunan

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202309359

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（责任编辑：xu）

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