柔性电化学电极 | 当刚性传感遇见柔性电子——可穿戴健康监测与生物传感的“神经末梢”

一、从刚性到柔性：电化学电极的范式转换

传统电化学电极以玻璃碳、金、铂等刚性材料为基体，性能稳定但无法贴合人体皮肤或弯曲组织。当电极需要与动态、柔软的生物界面长期共处时，刚性电极的机械失配成为致命短板。

柔性电化学电极的突破在于：将导电材料与柔性基材深度融合，使电极在弯折、拉伸、扭曲等形变下依然保持电化学活性。

2026年，北京大学徐亚东团队与美国加州理工学院高伟教授团队在《科学》杂志上报道了一种耐应变本征可拉伸电化学生物界面（SIRES），首次实现了在动态组织上的多模态分子监测。同期，基于激光诱导石墨烯（LIG）的可拉伸电化学传感器，在20%的单轴应变下仍能保持电化学性能——这些前沿突破正在将柔性电化学电极从实验室推向临床应用。

二、材料体系：从碳纳米管到MXene的多元选择

柔性电化学电极的性能根植于导电材料与柔性基材的协同。当前行业主流材料体系包括：

碳基材料是应用最广泛的方案。碳纳米管（CNT）和石墨烯因其优异的导电性和机械强度，成为柔性电极的有力候选。碳纳米管/聚苯胺（CNT/PANI）复合薄膜电极已实现10万次循环的超高稳定性。

金属纳米材料则提供了更高的导电性。基于病毒模板的金纳米线（AuNWs）已被用于柔性可穿戴葡萄糖传感电极的制备。银纳米线（AgNWs）与镍的复合电极在1000次弯折测试后仍保持稳定。

MXene与导电聚合物是近年来的研究热点。MXene/聚氨酯复合水凝胶使电流输出提升15倍。MXene/聚苯胺改性尼龙织物电极已被用于可穿戴无创汗液葡萄糖监测。

先进院科技可根据客户对灵敏度、弯折寿命、生物相容性及成本的要求，灵活选择材料体系与加工工艺。

三、数据说话：柔性电化学电极能检测什么？

柔性电化学电极的性能，最终要用数据来回答。

灵敏度是衡量检测能力的核心指标。基于铜纳米颗粒/激光诱导石墨烯纤维的柔性非酶葡萄糖传感器，灵敏度高达1438.8 µA/mM·cm²。石墨烯纤维/金/氢氧化镍复合纤维传感器在5µM-2.2mM检测范围内灵敏度达1095.63 µA·mM⁻¹·cm⁻²。银纳米线/镍复合电极灵敏度达915 µA·mM⁻¹。

检测限决定了能检测多低浓度的目标物。基于有机电化学晶体管的多巴胺生物传感器检测限低至1 pM（皮摩尔级）。

弯折稳定性关乎可穿戴场景的可靠性。银纳米线/镍复合电极在1000次弯折循环后仍保持稳定。基于铜/激光诱导石墨烯的传感器在0°、45°、90°、135°、180°不同弯曲角度下均保持长期稳定性。

检测对象覆盖葡萄糖、乳酸、多巴胺、汗液电解质（Na⁺、K⁺、pH值）等多种生物标志物。

四、三大应用战场：从汗液贴片到神经接口

可穿戴汗液传感是柔性电化学电极用量更大的领域。基于无创汗液分析的柔性电化学传感器可实时监测葡萄糖、乳酸、电解质等健康指标。临时纹身启发的超薄皮肤自适应电极可直接贴附于皮肤表面，24小时皮肤贴片测试显示无任何刺激。基于纤维素纺织品的可清洗自供能生物传感器已被集成到T恤衫中用于汗液葡萄糖传感。无需抽血、无需针头——柔性电化学电极正在将健康监测从医院带进日常生活。

神经接口与脑机接口代表了柔性电化学电极对精度和可靠性的更高要求。用于神经信号记录的柔性微电极阵列需在动态组织中长期稳定工作。SIRES界面的问世为动态组织多模态分子监测提供了通用型解决方案。基于导电微针的智能穿戴贴片可直接穿透角质层到达真皮层，形成稳定的生物电化学界面。柔性电化学电极正在成为连接电子器件与生物组织的“翻译官”。

即时诊断与医疗监测则是柔性电化学电极增长最快的应用方向。非酶葡萄糖传感器因稳定性、成本和可扩展性优势，正在成为酶基传感器的有力替代方案。柔性电化学传感器可用于汗液pH值连续监测——pH是反映人体代谢和稳态水平的关键指标。在运动监测中，基于MXene的自供能乳酸传感器实现了体力活动期间的无创乳酸检测。

五、定制化：从基材到图案，按需匹配

不同应用场景对柔性电化学电极的基材、导电材料、电极图案和尺寸要求差异显著。先进院科技提供以下定制服务：

基材选择涵盖PET、PI、PEN等多种柔性薄膜，厚度可定制。导电材料支持碳基（碳纳米管、石墨烯）、金属基（金、银、铜、铂）、导电聚合物（PEDOT:PSS、聚苯胺）等多种体系。电极图案支持丝网印刷、激光直写、光刻等多种精密加工工艺，可按需定制叉指电极、微电极阵列等复杂图案。表面修饰可定制酶固定化、纳米材料修饰、抗体偶联等功能化处理。

公司已通过ISO9001认证，产品符合RoHS环保要求。

全球柔性叉指电极市场预计将从2025年的28.1亿美元增长至2035年的80亿美元，年复合增长率11.0%。全球柔性超薄电池电极解决方案市场2026年已达32.4亿美元，预计2034年将增长至190.9亿美元。全球薄膜电极市场预计将从2025年的5.7亿美元增长至2030年的9.7亿美元。

在可穿戴健康监测普及、神经接口技术突破、即时诊断需求爆发与智能医疗加速渗透的多重驱动下，柔性电化学电极正从“前沿研究工具”走向可穿戴与生物医学领域的标准组件。

先进院（深圳）科技有限公司将持续深耕柔性电化学电极领域，以精密加工工艺与材料创新，为客户提供更高性能、更可靠的柔性传感与生物电子解决方案。