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新型舒适可穿戴生物传感器:可测量肌电图信号,追踪肌肉活动

前瞻网    2021-09-29 13:39

 

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生物传感器,是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器,具有接受器与转换器的功能。皮肤上的生物电传感器可用于测量体内的电信号,如心脏活动和肌肉收缩。虽然这能为临床医生提供宝贵的信息,但目前的生物电传感器技术存在缺点:效果不佳、不舒服、昂贵和难以制造。近日,犹他大学和韩国庆尚国立大学的研究人员开发了一种低成本、操作简便的生物电传感器。

这种新传感器可以测量肌肉收缩时产生的肌电图(EMG)信号。肌电图信号对于研究肌肉疲劳和恢复非常有用,而且它们有可能为神经肌肉疾病的诊断和治疗提供信息。所测量的信号是一段时期内的电压,每次手指移动时,身体、肌肉的电位都会发生变化。因此,通过这个传感器能够检测到这种电位的差异。

这种生物传感器可以直接集成到一件衣服上,因此有了简便操作和舒适的优势——柔软的衣服意味着与皮肤有更好的接触,以及可以更好地测量信号。

最初,研究人员将银浆直接印在织物上。银具有导电性,所有它是检测电信号的良好材料。然而,它也有一定的毒性,所以长期接触会导致皮肤过敏。为了利用银的有益特性,同时解决它带来的问题,研究小组在银的上面沉积了一层金纳米粒子。金完全包裹住了银颗粒,防止它们接触皮肤。因此,研究小组获得一个既能导电又不刺激皮肤的探测器。金和银的用量不多,所以它成本也很低。

随后,科学家通过把它放在二头肌和手指上,并在这些肌肉进行各种运动时,监测产生的信号来测试生物传感器的性能。传感器是织物的一部分,需要设计为长期使用,因此它需要经得起清洗。研究团队在多次洗涤后重新测试了传感器的性能,发现其性能仍然很高。

研究人员表示,这项工作不仅设计了一个具有便利性的可穿戴设备,而且它还具有很好的性能和生物相容性。在纺织品上使用这种技术可以彻底改变未来的生物电传感器的前景。

题为“Gold and silver nanocomposite-based biostable and biocompatible electronic textile for wearable electromyographic biosensors”的相关研究论文发表在《应用物理快报-材料》(APL Materials)上。

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责任编辑: 3976DBC

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