香港理工大學王立秋/東北大學田野Matter：應變不敏感高導電Janus有機凝膠用于AI輔助的柔性生物電極

水凝膠因兼具優異的導電性和良好的生物相容性，作為柔性生物電極候選材料而受到廣泛關注。近年來，已發展出具有應變不敏感的高導電水凝膠電極，用于抗干擾的生理信號監測。然而，該體系仍面臨三大挑戰：（1）如何在超大形變條件下實現高導電性的應變不敏感性；（2）如何兼具不對稱黏附特性，使其既能與組織實現穩固黏附，又能避免對異物表面的非特異性黏附；（3）如何實現對復雜動態時序生理信號的快速精準解析。

圖1. 應變不敏感高導電Janus有機凝膠用于柔性生物電極

近日，香港理工大學王立秋講座教授、東北大學醫工學院田野特聘研究員領銜，聯合中國醫科大學附屬盛京醫院張凱副教授，提出了一種翻轉重力退火策略，制備出在600%應變下仍保持導電性能穩定的Janus有機凝膠。其具有超高電導率（8×10? S/m）和Janus粘附特性（10倍上下粘附差異），可用于AI輔助的抗干擾柔性生物電極。利用翻轉重力退火過程中形成的剛柔互鎖滲流網絡，使材料在極端形變下仍能保持連續的電子隧穿傳輸路徑，從而實現高應變下穩定的高導電性能。同時，該退火過程促進金屬液-固相在材料上下層中的空間差異化聚集，形成自組織的不對稱表面結構，從而賦予材料Janus型生物粘附特性。除上述獨特性能外，該有機凝膠還表現出優異的生物相容性、類組織柔軟性、快速自愈能力以及良好的抗干燥性能，使其在生物醫學領域具有廣闊的應用前景。在體內閉環神經調控實驗中，通過圖像跟蹤算法證明該電極在坐骨神經刺激中的效果與商業電極相比具有顯著提升。此外，該系統還能夠實現抗振動干擾的穩定生理信號監測，通過結合Transformer算法實現了復雜生理信號的時序解析（準確率98.5%）。該先進柔性電子材料與人工智能算法的融合，為下一代生物醫學技術的發展開辟了新的方向。

圖2. 基于翻轉重力退火策略的有機凝膠表征

圖3. 有機凝膠的導電性和自愈合性

圖4. 有機凝膠的Janus粘附性

圖5. 有機凝膠用于體內坐骨神經刺激電極

圖6. 有機凝膠用于體外生理信號監測

圖7. 基于Transformer的手勢信號識別

其研究成果以“Strain-invariant highly conductive Janus organogels for AI-assisted bioelectronics”為題，發表在Cell Press旗下國際著名學術期刊

Matter

https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102666