近年来，生物电信号被广泛应用于人体生理状况监测及人机交互界面，建立可靠的生物电子接口对于获取高质量的生物电信号具有重要意义。PEDOT:PSS 作为最具代表性的导电聚合物因其独特的电学、化学、机械性质和易修饰性而备受关注，其离子-电子混合的导电特性使其成为皮肤/组织-电子界面的理想接口。
北京师范大学刘楠课题组综述了近期 PEDOT:PSS 电极的发展情况及其在生物电信号监测中的研究成果。总结了目前 PEDOT:PSS 生物电极所面临的挑战，并对 PEDOT:PSS 生物电极未来发展方向进行了展望。
要点 1：生物电信号的产生与检测
生物系统中的生物电子活动本质上是电解质的离子活动。由于电子不能作为电解组织介质中的电荷载体，可兴奋细胞之间的电子通信主要依赖于离子流动。生物电子活动的最基本元素由可兴奋细胞膜中的离子电流或动作电位（APs）尖峰构成。常见的生物电信号有肌电（EMG）、心电（ECG）、眼电（EOG）和脑电（EEG）等。检测生物电信号需要建立生物电子接口，按照信号检测环境的不同，生物电子接口既可以建立在人体皮肤上，也可以建立在人体内部。组织-电极界面中的生物电子活动涉及各种长度尺度上的离子和电子相互作用。一旦细胞外电位或局部场电位信号到达记录电极，该电位就通过电解质-电极界面进行转换。
要点 2：PEDOT:PSS 电极的修饰
生物电极的制备需求包括导电性、可弯折/拉伸性、贴附性、稳定性、生物相容性等。大量绝缘组分 PSS 对导电组分 PEDOT 的包裹影响了 PEDOT:PSS 的导电性，其刚性共轭主链影响了机械性质，PEDOT:PSS 膜的高亲水性使其在湿润环境中的稳定性较差。该综述总结了提升 PEDOT:PSS 电极导电性、拉伸性和稳定性的策略。例如，研究者们通过添加极性有机溶剂、离子液体，用酸或者有机溶剂对薄膜进行后处理等方法提升其导电性。通过结构设计或将其与增塑剂、聚合物共混的方法提升其拉伸性。通过引入交联网络提升其抗水能力，通过在 PEDOT:PSS 电极和基底之间引入粘附层或增加基底的粗糙度提升其粘附稳定性等。
要点 3：PEDOT:PSS 电极用于生物电信号检测
监测生物电信号的主要挑战是在生物-电极界面上传递离子浓度的调制。与传统的基于无机材料的电极仅依赖于电子-空穴传输不同，PEDOT:PSS 电极同时使用离子和电子作为电荷载流子，从而允许信号的直接传导。该综述总结了近年来 PEDOT:PSS 电极用于生物电信号检测的研究成果。
传统的表皮电生理电极是 Ag/AgCl 电极，其通过导电凝胶与皮肤保持良好的接触；然而，凝胶可能会对患者的皮肤造成刺激，它们在长期使用后会脱水和凝固，导致信号检测噪声和信号质量降低。为将 PEDOT:PSS 电极用于电生理信号的长时间稳定检测，研究者将其与石墨烯结合，利用二者的协同相互作用，制备与皮肤具有优异贴附性的超薄干电极，并用于长时间、高保真的电生理信号检测。
此外，有研究者基于激光加工技术，使 PEDOT:PSS 形成相分离，从而制备水下稳定的高分辨 PEDOT:PSS 电极阵列，并用于小鼠脑部局部场电位（LFP）的信号记录及坐骨神经电刺激。也有研究者共混 PEDOT:PSS/PVA，通过前体浓缩的方法，制备具有致密双网络结构的 PEDOT:PSS 电极，并植入小鼠体内进行长期肌电信号的记录。
小结与展望
该综述从生物电信号的产生机制出发，介绍了生物电信号的特点及检测难点。针对生物电极制备需求，系统总结了对 PEDOT:PSS 缺陷进行改性的策略，包括导电性、拉伸性和稳定性。列举了近年来将 PEDOT:PSS 生物电极应用于表皮传感器和植入传感器的代表性工作。作者从 PEDOT:PSS 导电性与机械性能之间的平衡、长期稳定性、电极尺寸等研究方面对目前存在的挑战进行了总结，并展望了 PEDOT:PSS 生物电极未来的研究方向。
