《Advanced Science》：Thickness-Gradient Liquid Metal Connectors for Seamless Electrophysiological Sensors
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高保真电生理监测需要可穿戴生物电子器件与人体皮肤机械性能紧密匹配。然而当前研究主要聚焦电极设计与性能，忽视其与复杂动态皮肤的机械顺应性和界面连续性。电极、连接器和互连间的机械失配会导致界面噪声、运动伪影和电学不稳定。为此，研究人员提出一种厚度梯度液态金属（Li
高保真电生理监测需要可穿戴生物电子器件与人体皮肤机械性能紧密匹配。然而当前研究主要聚焦电极设计与性能，忽视其与复杂动态皮肤的机械顺应性和界面连续性。电极、连接器和互连间的机械失配会导致界面噪声、运动伪影和电学不稳定。为此，研究人员提出一种厚度梯度液态金属（Liquid Metal, LM）/苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）连接器，通过渐变机械顺应性匹配和手动激活金属网络形成，实现皮肤、电极与互连界面的无缝集成。激活后的LM形成连续稳健导电网络，在大拉伸应变（～1100%）和可重复变形循环下保持电学稳定。类皮肤 conformal 集成抑制界面空隙和应力集中，从而在动态皮肤变形下维持稳定电信号通路。相较传统连接器平台，该系统显著提高信号幅值、信噪比（SNR），并大幅降低噪声。通过系统对齐传感器各组件机械顺应性，这种机械自适应设计在动态条件下保持无缝电信号通路并最小化运动诱导伪影，为长期可穿戴生物电子可靠电生理监测提供稳健平台。
研究背景方面，可穿戴电生理信号监测系统可用于连续实时健康与运动监测，心电图（ECG）、肌电图（EMG）和脑电图（EEG）等信号质量高度依赖皮肤-电极、电极-连接器和皮肤-连接器多界面无缝集成。现有干接触电极、超薄电极、电子纹身和智能黏附材料主要改善皮肤-电极界面，但电极-连接器界面常被忽视。铜、碳、导电胶带、银浆等连接器刚性强或柔韧性不足，与超薄电极间存在机械失配，引起应力集中、分层和信号退化，限制长期监测。液态金属（LM）因高导电和本征可变形性成为有潜力连接器材料。因此，研究人员开展厚度梯度 LM/SEBS 连接器研究，用以降低多界面机械失配。
研究人员构建了超薄皮肤共轭 MXene/聚对二甲苯电极与厚度梯度 LM/SEBS 连接器集成系统，并引入按钮型接线系统将软性皮肤共轭部件与刚性外部互连机械解耦。结论是：厚度梯度设计在超薄电极与外部连线间提供厚度和刚度渐变过渡，抑制空隙、应力集中与分层，使电生理信号幅值、信噪比提升，运动伪影和噪声降低，可支持静态与动态条件下稳定 ECG 监测。该工作发表于《Advanced Science》，意义在于提出以机械梯度界面工程解决软生物电子中“电极好、连接器拖后腿”的瓶颈，为下一代表皮电子提供可扩展接口范式。
主要关键技术方法上，研究人员采用倾斜基材重力流延制备厚度梯度 SEBS 薄膜，以牺牲层水释放获得自支撑膜；通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）手动剪切激活 EGaIn 颗粒氧化壳形成连续导电网络；利用 MXene（Ti3C2Tx，一种二维过渡金属碳化物纳米片）/聚对二甲苯超薄电极作信号采集层；以人工皮肤复制品和人体前臂转移装配评估共轭性；用三维激光显微轮廓术量化界面粗糙度（Sa），用拉伸、弯曲、循环变形和 ECG 采集合成评估机电与生理信号性能；人体测试经机构审查并确定非人体受试者研究，参与者书面知情。
研究结果如下。
2.1 基于厚度梯度连接器的器件制备与架构：研究人员通过牺牲层、倾斜流延 SEBS、LM 浆料涂布和 PDMS 剪切激活制成连接器；MXene/聚对二甲苯电极经水释放转移。结果表明厚度梯度使薄端～500 nm 与电极低刚度匹配，厚端～10 μm 支撑按钮接线，单结构内兼顾共轭性与外部连接鲁棒性。
2.2 厚度变化对界面集成的影响：对比均匀～500 nm 膜易卷曲、均匀～10 μm 膜贴合差且有间隙。结果表明单一厚度无法同时满足处理性与共轭性，梯度结构同时克服二者缺陷。
2.3 厚度梯度几何的结构效应：在人工皮肤复制品上，LM/SEBS 连接器跟随微形貌，Tegaderm 与 ScarAway 基底出现间隙。三维面积粗糙度显示 LM/SEBS 在各界面 Sa 接近裸皮 22.3 μm，而医用胶带类 Sa 明显降低。表明梯度连接器具皮肤拟态共轭性，抑制空隙与应力集中。
2.4 无缝界面集成的电学特征：剪切激活前 LM 为核壳颗粒，激活后 EGaIn 核心铺展成连续网络。LM/SEBS 可承受～1100%拉伸与360°扭转；弯曲半径至0.76 cm 时电阻仅增～15%；5000次弯曲循环无电阻变化，而 Tegaderm 和 ScarAway 分别在180和61次后失效。表明梯度基板提升弯曲耐久与电极-连接器 junction 完整性。
2.5 多变条件下低运动伪影 ECG 分析：MXene/聚对二甲苯电极在20 Hz 阻抗66.8 kΩ，低于商用 Ag/AgCl 凝胶电极376.5 kΩ。静态下 LM/SEBS 峰峰值1.33 mV；弯曲时 SNR 20.1 dB、RMS 噪声23 μV，均优于 Tegaderm 与 ScarAway 平台。表明连接器梯度与 LM 连续网络共同降低运动诱导波动。
讨论部分总结：研究人员指出该集成系统未评估长期汗液耐受，亚微米电极/连接器宜单次使用；长期稳定性还需优化布局、布线、通道隔离与采集硬件。文献对比显示厚度梯度 LM/SEBS 在机械拉伸～1100%时电学拉伸近乎同步，优于导电聚合物、金属薄膜、银浆和商用导电胶带；说明仅有基板顺应性不够，导电相必须本征可变形。
结论部分翻译：总之，研究人员开发了厚度梯度导电弹性体传感器，可实现机械与电学无缝界面集成以用于可靠电生理监测。通过引入厚度与机械顺应性渐变，该系统有效最小化局部界面应力集中，并确保皮肤-电极、电极-连接器和连接器-皮肤结处的共轭集成。剪切激活 LM 网络在合规 SEBS 基板上形成连续稳健导电通路，在拉伸、弯曲和长周期载荷下保持稳态电学性能。相较医用胶带传统连接器，该设计具更优共轭性、更小界面间隙和更强电阻稳定性，动态条件下信号幅值更高、信噪比更高且运动伪影更低。更广义上，该机械梯度界面工程策略为软生物电子系统提供稳定电学与鲁棒界面集成路径，并可拓展至柔性穿戴传感器、人机接口致动器及商用电极可靠互连平台。
