佩戴舒适可靠的相变型脑电电极 | NSO

脑电（EEG）测试在医学中具有重要作用，包括诊断脑部疾病、监测大脑活动、研究神经活动模式和脑电信号规律，帮助科学家深入探究大脑的工作原理。在长期脑电监测中，电极的质量至关重要。然而，现有的脑电电极存在明显局限：传统湿电极会随着时间风干，难以清洁；而硬质干电极则容易引发佩戴者的不适甚至疼痛。因此，如何在长期监测中实现佩戴的舒适性与信号的高可靠性，成为一个亟待解决的挑战。

针对这一问题，复旦大学李卓团队基于高分子材料的熔融-结晶相变原理，研发了一种新型脑电电极材料。该材料利用人体体温作为相变的触发机制，使电极在未接触皮肤前保持部分结晶态。在此状态下，材料有相对较高的模量（15.0 MPa），能够有效穿过头发层并与头皮直接接触；一旦接触皮肤，人体体温会触发材料的熔融-结晶转变，材料由高模量状态转变为黏性高（剥离强度30 N/m）、柔软（模量0.158 MPa）的状态，确保电极既能与头皮紧密贴合，又不会引发佩戴者的不适感。该脑电电极为长期脑电监测的舒适性提供了全新的解决方案。该研究以题为“Body temperature-triggered phase change dry electrode for long-term comfort electroencephalography monitoring”的论文发表在《国家科学进展》 （National Science Open，NSO）期刊上。复旦大学李卓教授为通讯作者。王泽锴、易浩琨为论文共同第一作者。

这种基于体温触发相变的电极，其聚合物基体由丙烯酸十六酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯通过自由基聚合制成，并掺杂了表面改性后的微米银片以获得高导电性。十六酯的长链碳氢具有温度触发的结晶-熔融相变特性。为了实现电极材料的体温触发功能，研究团队对不同配比的聚合物基体和导电银填料浓度进行了优化，使材料的熔融温度范围接近人体体温。

图1. 相变脑电电极原理示意图

团队进一步对优化后的电极材料在硬态（25℃）和软态（36.5℃）下的性能进行了系统测试。在硬态下，电极保持足够的刚性，不易弯曲或与外物粘附，确保其能够顺利穿过头发层并与头皮接触；当接触皮肤后，材料因体温传导而软化，能够与皮肤紧密贴合，表现出较强的粘附性，同时实现了与商业湿电极相当的接触阻抗，满足长期监测过程中对佩戴舒适性及信号采集的需求。

图2. 脑电电极材料性能表征与展示

此外，研究团队使用该电极进行了脑电信号测试实验，并将其与商业湿电极的信号表现进行对比。实验结果显示，该电极能够清晰捕捉到眼动信号和稳态视觉诱发电位等典型脑电信号。由于该电极不失水，能够在长期监测及反复监测中保持稳定的粘附性，其信号稳定性显著优于现有的商业湿电极。

图3. 长期佩戴脑电信号测试与特征信号脑电捕捉测试

总结：作者提出了一种基于体温诱发结晶-熔融相变的智能脑电电极，具备体温触发的粘附性调控与模量变化特性。该电极有效缓解了佩戴者在长期监测中的不适感，并在信号稳定性方面优于传统湿电极，为解决实际长期脑电监测中的舒适性问题提供了便捷且有效的方案。