北师大化学学院刘楠老师课题组：Acc.Chem.Res综述——用于认知研究的超共形碳基生物界面电极
2026-04-20 08:07阅读：
北师大化学学院刘楠老师课题组：Acc. Chem. Res综述——用于认知研究的超共形碳基生物界面电极
文章来源：北京师范大学化学学院，发布时间：2026-03-18
生物界面电极已被广泛应用于无创记录与调制神经电信号，这在认知研究中具有至关重要的意义。鉴于神经电信号极其微弱（脑电信号为微伏量级），易受干扰且具有时空依赖性，迫切需要研发具备高效稳定的生物电子界面、优异的电子-离子传输性能以及高时空分辨率的生物界面电极。尽管金属与导电聚合物已被用作生物界面电极材料，但金属电极仅具有电子导电性，且杨氏模量相对较大；而基于导电聚合物的水凝胶则主要表现为离子导电性，缺乏高效的电荷转移能力。因此，认知研究领域亟需新型生物界面电极，以实现神经电信号的高保真、高时空分辨、多模态采集。石墨烯、过渡金属碳化物等碳基材料，具有优异的光电性能与宽的电化学稳定窗口，是极具潜力的候选材料。这类材料可与皮肤实现力学共形贴合，并通过与聚合物的协同作用赋予电极电子-离子双导电特性。其独特的物理化学结构，有望为信号采集提供高效稳定的生物电子界面与高时空分辨率。
北京师范大学化学学院刘楠课题组深耕碳基生物电子界面领域多年，围绕高性能生物界面电极的设计、制备与应用开展全链条攻关，取得系列标志性成果，实现了从理论创新到实用器件的逐层跨越。团队早期通过调控石墨烯层间纳米卷结构，有效提升材料的拉伸导电性能，提出了可拉伸石墨烯电极理念，开辟了碳基柔性电极研究新方向；在此基础上，课题组进一步深挖导电聚合物与纳米碳的协同作用机制，建立起机理及传感驱动的自适形生物电子界面设计新方法。其中，光敏交联剂凭借空间位阻效应与分子间氢键弱关联相互作用，精准限制导电聚合物分子链的运动。在熵增驱动力作用下，分子链被迫克服热力学趋势，形成紧密堆积的长程有序结构，大幅优化电极电学与力学性能；随后研究拓展到过渡金属碳化物体系，通过层间交联改性创制出新型
文章来源：北京师范大学化学学院，发布时间：2026-03-18
生物界面电极已被广泛应用于无创记录与调制神经电信号，这在认知研究中具有至关重要的意义。鉴于神经电信号极其微弱（脑电信号为微伏量级），易受干扰且具有时空依赖性，迫切需要研发具备高效稳定的生物电子界面、优异的电子-离子传输性能以及高时空分辨率的生物界面电极。尽管金属与导电聚合物已被用作生物界面电极材料，但金属电极仅具有电子导电性，且杨氏模量相对较大；而基于导电聚合物的水凝胶则主要表现为离子导电性，缺乏高效的电荷转移能力。因此，认知研究领域亟需新型生物界面电极，以实现神经电信号的高保真、高时空分辨、多模态采集。石墨烯、过渡金属碳化物等碳基材料，具有优异的光电性能与宽的电化学稳定窗口，是极具潜力的候选材料。这类材料可与皮肤实现力学共形贴合，并通过与聚合物的协同作用赋予电极电子-离子双导电特性。其独特的物理化学结构，有望为信号采集提供高效稳定的生物电子界面与高时空分辨率。
北京师范大学化学学院刘楠课题组深耕碳基生物电子界面领域多年，围绕高性能生物界面电极的设计、制备与应用开展全链条攻关，取得系列标志性成果，实现了从理论创新到实用器件的逐层跨越。团队早期通过调控石墨烯层间纳米卷结构，有效提升材料的拉伸导电性能，提出了可拉伸石墨烯电极理念，开辟了碳基柔性电极研究新方向；在此基础上，课题组进一步深挖导电聚合物与纳米碳的协同作用机制，建立起机理及传感驱动的自适形生物电子界面设计新方法。其中，光敏交联剂凭借空间位阻效应与分子间氢键弱关联相互作用，精准限制导电聚合物分子链的运动。在熵增驱动力作用下，分子链被迫克服热力学趋势，形成紧密堆积的长程有序结构，大幅优化电极电学与力学性能；随后研究拓展到过渡金属碳化物体系，通过层间交联改性创制出新型
