本研究系統(tǒng)評估了基于PEDOT:PSS的全聚合物印刷紋身電極的透氣性。研究通過多種實驗手段，包括掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、液態(tài)水滲透性測試、水蒸氣透過率（WVTR）測試、電化學阻抗譜（EIS） 和運動狀態(tài)下的肌電信號（EMG）記錄，全面揭示了紋身電極的透氣機制。

實驗結果表明，紋身電極內部存在天然的多孔結構，液態(tài)水滲透率可達26.8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹，WVTR約為70 g m⁻² h⁻¹，遠高于人體正常經皮水分流失率（4–8 g m⁻² h⁻¹）。EIS結果顯示，紋身電極在佩戴2小時內阻抗穩(wěn)定，未出現濕界面形成，說明其具備良好的透氣性和干界面穩(wěn)定性。在運動實驗中，電極在劇烈出汗條件下仍能保持干爽，EMG信號質量穩(wěn)定。

綜上，PEDOT:PSS紋身電極天然具備透氣性，能夠在長時間佩戴和運動狀態(tài)下保持信號穩(wěn)定與皮膚舒適，是理想的下一代表皮傳感器平臺。

 
研究方法

本研究采用多種實驗手段系統(tǒng)評估PEDOT:PSS紋身電極的透氣性與電生理性能。電極通過噴墨打印技術制備，使用Fujifilm Dimatix DMP-2800系統(tǒng)將PEDOT:PSS墨水（Clevios P jet 700）印刷在商用紋身紙（Tattoo 2.1, The Magic Touch Ltd.）上，隨后在110°C下干燥15分鐘，形成約200 nm的PEDOT:PSS層與約500 nm的乙基纖維素（EC）支撐層。

為探究其內部結構，研究使用SEM和AFM對電極截面和表面形貌進行表征。SEM樣品經液氮脆斷處理以保留孔隙結構，AFM則用于分析EC薄膜的表面粗糙度與孔隙分布。

液態(tài)水滲透性測試采用HP4750高壓過濾裝置（Sterlitech Corporation），在5 bar氮氣壓力下進行死端過濾實驗，記錄單位時間透過水量，計算滲透率P（L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹）。WVTR測試則將電極樣品覆蓋在裝有水的容器開口上，在恒溫恒濕條件下（21°C，40% RH）連續(xù)4天稱重，計算水蒸氣損失速率。

電化學性能通過Autolab電化學工作站進行EIS測試，頻率范圍為0.1 Hz至100 kHz，采用三電極結構對比紋身電極、PET基底電極與Ag/AgCl電極在皮膚上的阻抗變化。

運動狀態(tài)下的信號穩(wěn)定性通過MUOVI可穿戴采集單元（OT Bioelettronica，Italy）記錄股外側肌的EMG信號。受試者進行30分鐘自重訓練，分別在運動前后記錄深蹲動作下的EMG信號，并分析信噪比（SNR）變化。

 
實驗結果
 

 
液態(tài)水滲透性測試（圖2b）顯示，電極在加壓初期表現出較高的水通量，隨后逐漸下降，表明其結構具有一定的可壓縮性。兩個樣品的滲透率分別為7.6 ± 0.6 和 46 ± 6 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹，平均值為26.8 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹，證實液態(tài)水能夠通過電極孔隙。