柔性电子技术的发展推动了可穿戴电子设备在健康监测，医疗诊断和人机交互方面的应用。电生理信号能够反映人体的生理状态和健康状况，具有幅值低，易受噪声干扰等特点。实现高保真电生理信号的采集依赖于高效、稳定的生物电子界面。导电聚合物薄膜被认为是一种理想的界面材料，但同时兼顾机械稳定性和光电性能是一项极具挑战性的工作。

近日，化学学院刘楠课题组报道了一种40 nm厚的聚合物薄膜作为可图案化的超贴肤生物电极。该薄膜由聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS），化学气相沉积法生长的石墨烯膜以及紫外光敏感的聚合物交联制成（命名为PLPG）。其具有优异的导电性和透光性（4458 S/cm @ > 90%）,拉伸性（105%）以及与光刻技术的兼容性。可图形化，高导电性和拉伸性的实现源自PLPG中的π-π相互作用和静电相互作用等。PLPG的超薄特性使其能与皮肤形成无缝贴合，实现准确的电生理信号记录（图1）。

图1 可图形化的超薄PLPG膜的设计示意图及相关性能展示

该PEDOT:PSS的超贴肤特性及优异的电学性质使其具有较低的电极/皮肤界面接触阻抗，与商用的Ag/AgCl电极相比，其在长期稳定监测电生理信号方面具有优势。通过对电极结构进行设计并利用有限元模拟进行应力分布分析，可筛选出具有最佳力学稳定性的电极结构，这对在动态条件下的低运动伪影电生理信号记录至关重要（图2）。

图2 PLPG电极的电化学性能测试及结构设计

进一步，具有优化电极结构的PLPG电极被应用于微弱面部肌电信号的记录。PLPG电极可稳定地贴附于人体面部，并高质量地记录志愿者不同情绪状态下的面部肌电信号。通过与机器学习相结合，我们分析了在高兴，平静，悲伤三种情绪状态下的电生理信号，最终获得了93%的识别准确率（图3）。

图3 PLPG电极的面部电信号监测及在情绪识别中的应用

相关成果以“An Ultra-Conductive and Patternable 40 nm-Thick Polymer Film for Reliable Emotion Recognition”为题，发表在先进材料期刊上（Advanced Materials）。北京师范大学化学学院2021级博士生杜筱佳是文章的第一作者。北京师范大学化学学院刘楠教授为文章的通讯作者。该研究得到了美国南密西西比大学Xiaodan Gu教授团队在GIWAXS表征方面的帮助。这项工作得到了国家自然科学基金、北京市杰出青年基金、北京师范大学优秀创新团队等经费支持。