表面肌电(sEMG)是一种可以提供多重信息关于肌肉性能的技术。如果当前的sEMG电极具有可拉伸性、阵列化和可重复使用性,它们就能提供足够的高质量数据进行连续监测。然而,这些特性的缺乏延迟了sEMG在临床和日常生活中的广泛应用。
南科大在《自然通讯》发文报道了一种基于单宁酸、聚乙烯醇和PEDOTSS(TPP)设计的粘性干电极,用于sEMG记录。TPP电极具有优越的可拉伸性(约%)和粘附性(0.58N/cm),与当前的电极相比,能够确保与皮肤的稳定和长期接触,记录高信噪比(20dB;5天)的信号。此外,他们还开发了一种由液态金属(LM)电路和TPP电极组成的金属-聚合物电极阵列贴片(MEAP)。MEAP比商业阵列具有更好的顺应性,导致在肌肉运动过程中更高的信噪比和更稳定的记录。这些MEAP采用可扩展的丝网印刷制造,具有完全可拉伸的材料和阵列结构,能够实时监测肌肉应力、疲劳和肌腱位移。它们在减少肌肉和肌腱损伤、提高日常运动和专业运动中的表现方面具有巨大的潜力。
本文首先探索了PEDOTSS溶液中最佳的PVA含量,然后通过测量不同含量的TA对PEDOT-PVA膜性能的影响,确定了TPP溶液中各组分的最佳浓度。通过简单的仪器如丝网印刷机和烘箱,可以在30分钟内制备出MEAP。MEAP由两部分组成:电路部分采用MPC材料,具有优异的可拉伸性和导电性;电极部分采用TPP材料,具有良好的生物相容性、高导电性和高电化学稳定性。TPP材料通过TA添加形成粘性和弹性的超分子复合物,使得电极具有高粘附力和低模量,在皮肤上形成稳定接触。MEAP还通过PPA材料进行封装保护,使得只有TPP电极接触皮肤,记录信号。本文通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉伸测试、剥离测试、阻抗测试、细胞培养等方法对TPP材料进行了表征,并与Ag/AgCl等传统电极进行了比较。结果表明,TPP材料在可拉伸性、粘附性、信噪比等方面均优于Ag/AgCl等传统电极。
结论:本文开发了一种新型的可拉伸sEMG电极阵列贴片,能够在皮肤上实现高密度、高质量、长期的肌电信号记录。该贴片能够监测肌肉的应力、疲劳和肌腱位移,从而为肌肉损伤的预防和运动表现的提高提供有价值的信息。该贴片具有制造简单、成本低廉、可定制化等优点,为sEMG在临床和日常生活中的广泛应用提供了一种有效的解决方案。
Yang,S.,Cheng,J.,Shang,J.etal.Stretchablesurfaceelectromyographyelectrodearraypatchfortendonlocationandmuscleinjuryprevention.NatCommun14,().doi.org/10./s---x