人體深處的生理活動，例如心跳、血流、肌肉運動和腦活動，都會在體表留下微弱的電學信號。問題在于，這些信號從深層組織傳到體表時已經非常微弱，而皮膚和電極之間的接觸又常常不穩定。日常動作、皮膚褶皺、毛發、出汗和電極滑動，都會帶來額外噪聲，使真實的生理信號被電接觸的干擾信號淹沒。

近日， 加州大學洛杉磯分校 (UCLA)XiangfengZhang團隊 （第一作者 Dehui Duan ）報道了一種基于范德華薄膜的電子功能化人體表面。研究人員不是簡單地把一塊電極貼在皮膚上，而是將由二維二硫化鉬納米片組成的生物相容性墨水直接噴涂到皮膚和毛發等人體表面。溶劑揮發后，納米片在皮膚紋理上形成一層約幾十納米厚的導電范德華薄膜，使原本不規則、柔軟、會運動的體表轉變為低阻抗、 低運動 干擾的電學界面。該工作以 Electrically functionalized body surface for deep-tissue bioelectrical recording 為題，發表于 Nature Biomedical Engineering 。

從“貼電極”到“功能化人體表面”

傳統體表電極通常依賴凝膠或金屬電極與皮膚接觸。對于相對平整、靜止的皮膚區域，這類電極可以滿足很多基礎測量需求。但人體表面并不是理想平面：手指關節會彎曲，頸部會隨發聲和吞咽運動，頭皮有毛發覆蓋，皮膚表面還有微觀紋理和油脂層。

這些因素會導致電極與皮膚之間出現微小空隙、局部脫離或接觸阻抗波動。對于心電、腦電、肌電等信號，這些接觸問題可以通過濾波和固定姿勢部分緩解；但對于更深層組織的阻抗變化，例如動脈脈搏、頸部深層組織運動和頭皮深層血流變化，信號本身往往只有很小的比例變化，接觸噪聲就會成為主要限制因素。

研究團隊提出了一種不同于傳統柔性電子器件的設計理念：與其讓硬質或半硬質電極不斷適應皮膚的動態形變，不如直接賦予皮膚電子功能，實現 “ 皮膚電子化 ” 。為此，他們將 MoS? 二維納米片分散于異丙醇中，并 通過通過 簡單的室溫噴涂即可在皮膚表面形成超薄電子膜。隨著溶劑快速揮發，二維納米片順應皮膚表面的微觀紋理和褶皺自發鋪展、自組裝，并通過片層間的范德華相互作用形成連續的導電網絡。由此構建的超薄電子 膜能夠 與皮膚實現緊密的 機械共形接觸 （ conformal contact ）和穩定的電學耦合。更重要的是，這種導電網絡并非剛性連續體，而是由大量相互搭接的二維片層構成。當皮膚發生拉伸、彎曲或扭轉時，片層之間可以通過納米尺度的相對滑移釋放局部應變，從而避免導電通路斷裂。因此，即使在持續形變條件下， 電子膜仍能夠 保持穩定的電學連接和信號傳輸能力。

低接觸阻抗和更少運動干擾

研究人員在前臂上比較了該界面與商用 Ag/AgCl 凝膠電極的表現。結果顯示，范德華薄膜電子功能化人體表面的接觸阻抗 比 商用凝膠電極 低一個數量級以上 。同時，該薄膜在機械形 變 下也保持了較好的電學穩定性。在拉伸測試中，薄膜在 30% 拉伸應變下電阻僅增加約 30% ；在手指關節反復彎曲 100 次后，仍未觀察到明顯的永久性導電退化。薄膜還可以在日常使用中保持數天，并可通過肥皂水反復擦洗去除。

更重要的是，在運動狀態下，它能顯著減少由接觸變化引入的 信號干擾 。研究團隊用局部振動和真實運動測試了這一點：在靜息、行走和跑步條件下，范德華薄膜界面記錄的心電信號仍保持較高信噪比，而商用凝膠電極在跑步時信號質量明顯下降。

讀取腕部動脈、頸部發聲和頭皮信號

在證明界面穩定性后，研究團隊進一步展示了多個深層組織生理信號的讀取。

首先是在手腕橈動脈區域。研究人員在手腕上形成四個范德華薄膜電極，通過交流四探針阻抗測量記錄動脈搏動引起的阻抗變化。相比商用凝膠電極，該界面記錄到的脈搏阻抗波形噪聲更低，峰形也更清晰。

第二個例子是頸部發聲。人在發 不 同音時，頸部深層組織會出現不同的機械運動和阻抗變化。對于 “U 、 C 、 L 、 A” 四個字母，基于這些波形的簡單分類算法可以達到約 96% 的識別準確率；而商用凝膠電極在相同位置記錄到的波形更嘈雜，分類準確率明顯較低。

第三個例子是未剃發頭皮。頭發通常會顯著增加電極與頭皮之間的接觸難度。噴涂式范德華薄膜可以穿過毛發間隙，在 頭發和 頭皮表面形成連續導電薄膜。研究人員將其與商業腦電頭戴設備連接，在閉眼狀態下記錄到典型的 alpha 波段和 beta 波段腦電信號。與常規電極相比，該界面表現出更高 的 信噪比。

進一步探索：頭部深層阻抗變化

除傳統腦電信號外，研究團隊還探索了 頭部 交流阻抗測量。 頭部 阻抗可能包含來自腦血流、唾液、肌肉運動和其他組織導電路徑的信息。

例如，吞咽唾液會產生明顯的阻抗峰；站立和 側臥 會改變頭部血液分布，從而改變頭 部 阻抗 ，受試者在多次重復操作中表現出了腦血流自動調節的效應 ；視覺刺激則引起了更復雜 、可重復 的快速和慢速響應。這些結果說明低噪聲體表電學界面可能為連續、便攜地觀察深層組織活動 ，研究新的人體深層物理現象 提供新的技術路徑。

這項工作的意義

這項工作的核心貢獻在于，它把人體表面從一個“被動接觸對象”轉變成了一個“可電子功能化的界面”。

傳統可穿戴電極通常關注電極本身的材料和結構設計，而該研究強調的是皮膚 — 電極界面的整體重構：二維納米片薄膜直接順應皮膚表面紋理，降低接觸阻抗，減少運動 干擾 ，并允許外部電極較穩定 地 讀取信號。這樣，柔軟、彎曲、有毛發、會出汗和會運動的人體表面，有可能被轉化為更可靠的生物電 學信號 讀取平臺。 這種基于二 維材料 范德華組裝形成的 “ 電子皮膚 ” 策略，為 構建超 柔性、可穿戴生物電子界面提供了新的思路，也展示了無化學鍵集成體系在動態生物界面中的獨特優勢。

從應用角度看，這類界面有望用于日常運動狀態下的心電監測、腕部血流阻抗監測、語音相關頸部組織運動檢測，以及未剃發頭皮腦電和頭皮阻抗測量。相比臨床環境中要求受試者靜止、皮膚預處理充分的傳統測量方式，它更接近日常連續監測的需求。

當然，該技術目前仍處于科研驗證階段。材料長期安全性、不同人群皮膚差異、汗液和皮脂影響、大規模重復性、標準化噴涂流程以及臨床場景中的可靠性，都還需要進一步系統研究。但作為一種新的體表電子界面設計思路，它為深層組織生理活動的非侵入式、連續監測提供了一個值得關注的方向。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-026-01663-1

制版人： 十一

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【非原創文章】本文著作權歸文章作者所有，歡迎個人轉發分享，未經作者的允許禁止轉載，作者擁有所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！