综述：激光图案化铜电极在个人健康医疗中的应用

本综述聚焦激光图案化铜(Cu)电极技术在柔性电子领域的突破性进展，系统阐述其通过激光打印(laser printing)、激光烧结(laser sintering)和激光烧蚀(laser ablation)等工艺实现的高精度图案化优势，对比传统光刻(photolithography)和丝网印刷(screen-printing)在分辨率与生物相容性方面的局限，重点探讨该技术在无创健康监测穿戴设备中的创新应用，如透明电极设计和三维转印(wrap-like 3D transfer printing)技术，为持续监测生命体征生物电位信号(biopotential signals)提供新一代解决方案。

　　

Abstract

激光加工技术正重塑柔性电子器件的制造范式。传统金属图案化方法如光刻(photolithography)需多重掩模和化学蚀刻步骤，而丝网印刷(screen-printing)受限于>50 μm的线宽精度。激光直写技术通过计算机控制聚焦光束，可在聚酰亚胺(PI)等柔性基底上实现<10 μm的Cu电极图案，其局部高温特性既能选择性烧结纳米铜墨水(laser sintering)，又能精准去除预镀金属层(laser ablation)。

创新工艺突破

最新开发的透明Cu网格电极透过率达85%时方阻仅8 Ω/sq，通过激光诱导正向转移(LIFT)技术将图案转印至曲面生物组织，实现类似创可贴的包裹式3D贴合。激光选择性金属化(laser-ablated selective metallization)技术则通过调控脉冲频率(20-100 kHz)，在PI基底上制备出心电图(ECG)电极阵列，信噪比(SNR)较传统Ag/AgCl电极提升12 dB。

医疗应用场景

在持续葡萄糖监测领域，激光图案化的微针阵列集成Cu/PET电极可实现皮下组织液电化学检测，响应时间缩短至0.3秒。用于脑电图(EEG)监测的毛发状电极通过激光加工获得50 μm直径的螺旋结构，与头皮接触阻抗降低至5 kΩ@100 Hz。值得注意的是，激光氧化生成的Cu_xO钝化层显著提升了电极在汗液环境中的耐腐蚀性，循环伏安测试显示300次弯曲后电荷存储能力仅衰减7.3%。

未来挑战

尽管激光图案化Cu电极在肌电信号(EMG)检测中展现出0.1-1 kHz的平坦频率响应，但长期穿戴可能引发的铜离子渗出仍需通过表面修饰纳米氧化锌(ZnO)涂层来解决。如何平衡激光能量密度(目前3-5 J/cm²)与基底热损伤的关系，仍是实现超薄(<1 μm)电极量产的关键瓶颈。