综述：导电水凝胶电极在头皮脑电图监测中的应用

这篇综述系统阐述了导电水凝胶电极在克服传统刚性电极与毛发覆盖头皮界面兼容性障碍中的关键作用，重点探讨了其在α波检测、睡眠监测、事件相关电位（ERP）研究和脑机接口（BCI）中的应用，并展望了未来挑战与机遇。

　　

导电水凝胶电极在头皮脑电图监测中的突破与应用

头皮脑电图的挑战与机遇

头皮脑电图（EEG）作为非侵入性脑功能活动监测的核心技术，在神经系统疾病诊断和认知状态评估中不可或缺。然而，传统刚性电极与毛发覆盖头皮的兼容性问题严重影响了信号质量、长期监测舒适性和用户依从性。导电水凝胶电极凭借其独特的柔韧性、导电性和生物相容性，为解决这一难题提供了创新方案。

关键性能参数

理想的头皮EEG电极需满足四大核心要求：

1. 1.

   毛发适应性：通过原位凝胶化（如温度或pH触发）实现与不规则头皮的紧密贴合，例如热响应性明胶基水凝胶可在体温下快速固化，穿透毛发间隙。

2. 2.

   导电机制：混合离子-电子传导路径显著提升性能，如聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）与锂盐（LiCl）的组合可将阻抗降至20 kΩ以下。

3. 3.

   接触阻抗：超薄（<25 μm）电极设计结合MXene纳米片填充，可将阻抗控制在1–10 kΩ（100 Hz），媲美临床金标准Ag/AgCl电极。

4. 4.

   界面稳定性：甘油修饰的水凝胶能维持85%含水量达48小时，而共价酰胺键（如NHS酯）提供0.7–1.75 N cm^?1的强韧粘附力，耐受运动与汗液干扰。

创新应用场景

1. 1.

   α波检测：Janus双面水凝胶电极在闭眼状态下捕获10 Hz振荡的SNR达23.97 dB，优于商业凝胶电极（17.98 dB），为神经反馈系统提供高保真信号。

2. 2.

   睡眠分期：多孔聚丙烯酰胺/银纳米颗粒（Ag NPs）水凝胶连续8小时记录慢波睡眠（SWS）的δ波（0.5–4 Hz），与多导睡眠图（PSG）分期一致性超90%。

3. 3.

   事件相关电位：双层海藻酸钠/聚丙烯酰胺水凝胶在N170范式中实现170 ms负向偏转的毫秒级精度，12小时内信号衰减<13%。

4. 4.

   脑机接口：3D打印亚毫米级“发丝电极”（300 μm宽）通过SSVEP范式控制VR界面，分类准确率达97.17%（3秒窗口），支持全天候操作。

未来展望

当前挑战集中于汗液/皮脂环境下的界面稳定性维护，以及长期生物相容性优化。通过引入两亲性聚合物（如聚丙烯酸）和可控降解设计，下一代水凝胶电极有望拓展至新生儿听力筛查、癫痫发作预警等临床场景，推动可穿戴神经技术的普适化发展。