腦機啟偵 | 前沿：注射式優特凝膠可實現更佳的頭皮腦電圖監測

用于高質量頭皮腦電圖監測的可注射低共熔凝膠

近日，《npj Flexible Electronics》期刊發表重磅研究，中國團隊研發出一種可注射明膠基低共熔凝膠電極，成功解決傳統腦電圖（EEG）監測中毛發干擾、信號漂移、佩戴不適等核心難題，為長期高精度腦電監測提供了革命性解決方案。

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核心技術：從液態到凝膠態的智能相變

腦電圖是診斷和研究癲癇、睡眠障礙等神經系統疾病的關鍵工具，其結果高度依賴于頭皮信號采集的質量。傳統電極長期以來面臨諸多挑戰，包括接觸不良、頭皮自身電阻的干擾以及長時間監測帶來的不適。這些局限性常常導致信號噪聲大、數據精度降低，從而影響診斷和研究結果。Wang及其同事開發的可注射共聚凝膠巧妙地解決了這些問題，它利用一種獨特的相變材料，在體溫下可由液態轉變為凝膠態。

注射即“成型”的凝膠電極

這種共晶凝膠的配方經過巧妙設計，使其在液態時即可注射，從而能夠滲透頭皮表面的凹凸不平處，并與皮膚的微觀結構緊密接觸。注射后，凝膠會固化，形成穩定的界面，并將阻抗降至最低。這種相變對于確保穩定、高保真的腦電信號采集至關重要，相比現有的水凝膠或糊狀電極，這是一個顯著的改進，因為這些電極在使用過程中容易干燥或移位。由于保持了穩定的電學特性，這種共晶凝膠能夠更清晰地記錄腦電波，從而更精細地檢測細微的神經振蕩。

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生物相容性與便捷性

黑暗環境中進行ERP P300信號監測

這種共聚凝膠的物理和化學性質經過精心設計，具有良好的生物相容性和機械柔韌性。其柔軟度與人體皮膚相似，顯著降低了硬質電極常見的皮膚不適和刺激感。這一特性尤其有利于連續或動態腦電圖監測，使患者——無論是在醫院還是在家中——都能在無需笨重設備的情況下保持正常的日?；顒?。此外，其可注射性也簡化了電極的貼敷，縮短了設置時間，并避免了剃毛或皮膚準備等繁瑣步驟。

研究團隊進行的表征研究表明，共晶凝膠界面的電阻抗在與腦電圖數據采集相關的寬頻率范圍內都非常低且穩定。這種穩定性確保了由電極-皮膚阻抗波動引起的信號失真降至最低，而這正是標準腦電圖方法中長期存在的問題。此外，該凝膠自愈特性——即在機械損傷后能夠重新固化——使其即使在頭皮輕微移動或變形的情況下也能保持連續的電連接。

這項研究的另一項突破性成果在于共晶凝膠的多功能性，其功能遠不止簡單的信號采集。該凝膠中注入了導電納米顆粒和離子液體，能夠提高信號轉導效率并抵抗脫水，從而延長工作時間而不降低性能。這種材料創新將可穿戴電子產品的邊界拓展至可持續的長期腦部監測領域，為神經診斷和神經反饋等新型應用提供了可能。

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未來展望與面臨的挑戰

然而，任何新技術在廣泛商業化之前仍面臨一些挑戰。長期生物穩定性、潛在的免疫反應以及在不同患者群體中的可重復性都需要通過廣泛的臨床試驗進行進一步驗證。盡管如此， 這項開創性研究仍然體現了材料科學、生物工程和神經科學的交叉融合，展現了創新思維如何突破醫療技術領域的壁壘。該研究不僅強調了材料特性對生物醫學設備性能的重要性，還為無創腦部監測建立了一種新的范式，在最大限度減輕患者負擔的同時，確保了數據的完整性。

展望未來，研究團隊設想這種共晶凝膠的應用范圍可以擴展到個性化醫療領域，定制配方或許能夠針對特定的頭皮狀況或患者需求。此外，它與無線遙測和機器學習驅動的信號分析的潛在結合，有望開啟一個全新的時代，實現超高精度、高便捷性的連續實時腦部監測。

來源：Bioengineer

論文DOI：10.1038/s41528-025-00516-2