近日，北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中南大學(xué)李宇晟副教授提出了一種基于TENG原理的可拉伸、自愈合和皮膚自粘附的主動(dòng)式傳感器（TSAS），用于對(duì)參與肌肉訓(xùn)練的多個(gè)肌肉群功能的同時(shí)、準(zhǔn)確評(píng)估。為克服傳統(tǒng)金屬電極的脆性問(wèn)題，設(shè)計(jì)制備了一種可拉伸，自愈合離子凝膠，并將其作為T(mén)SAS的電極層。以全柔性的硅膠，VHB和parylene-C分別作為摩擦層和封裝層，TSAS具有與肌肉組織相匹配的楊氏模量及皮膚粘附能力。經(jīng)優(yōu)化后的TSAS具有出色的電壓輸出和傳感特性，可實(shí)現(xiàn)0.2 mN的最小檢出限（相當(dāng)于一粒米的重量），毫秒范圍內(nèi)的快速響應(yīng)時(shí)間，超過(guò)10萬(wàn)次的循環(huán)穩(wěn)定性及經(jīng)過(guò)10次極端損傷/愈合過(guò)程后的穩(wěn)定輸出。在手臂肌肉訓(xùn)練中，TSAS可以同時(shí)定量獲取肱二頭肌、肱三頭肌以及手肘關(guān)節(jié)彎曲靈活度的功能信號(hào)。通過(guò)裝配藍(lán)牙傳輸模塊，肌肉功能信號(hào)可被實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇梢暬K端，幫助臨床醫(yī)生對(duì)病人的肌肉功能進(jìn)行在線分析和指導(dǎo)。

（a）TSAS可以貼附在全身的肌肉上，用于實(shí)時(shí)肌肉功能監(jiān)測(cè)。（b）TSAS貼附在肱二頭肌上。（c）TSAS的尺寸為3×5 cm²。（d）TSAS的材料和結(jié)構(gòu)組成。（e）硅膠膜上微結(jié)構(gòu)的SEM照片，標(biāo)尺：300 μm。（f）自愈合電極的光學(xué)照片。標(biāo)尺：1 cm。

(a)在一組手臂動(dòng)作中，TSAS的工作原理。（b）在無(wú)/有負(fù)載情況下，TSAS用于肌肉功能檢測(cè)。（c）有/無(wú)負(fù)載狀態(tài)下，用于監(jiān)測(cè)肱二頭肌，肱三頭肌和手肘彎曲角度的TSAS的輸出電壓波形。（d）圖（c）中的波形細(xì)節(jié)分析。（e）根據(jù)方程Voc(F)=0.08506+0.2466F-0.009196F2和方程Voc (θ)=0.08-0.0011+1.425×10^-4×θ2計(jì)算得到一組手臂動(dòng)作中Voc的大小。（肱二頭肌，肱三頭肌和手肘彎曲角度的數(shù)值。）

綜上所述，該可拉伸、自愈合和皮膚自粘附性質(zhì)的主動(dòng)傳感器（TSAS），實(shí)現(xiàn)了對(duì)肌肉功能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)評(píng)估。相比于傳統(tǒng)的肌肉測(cè)量設(shè)備，TSAS可以提供更精確的個(gè)性化服務(wù)，具有：i）直接、定量的監(jiān)測(cè)肌肉強(qiáng)度和關(guān)節(jié)曲率；ii）測(cè)量過(guò)程對(duì)肌肉不產(chǎn)生影響；iii）對(duì)單個(gè)肌肉與肌群肌力具有良好區(qū)分度; iv）多位點(diǎn)同時(shí)測(cè)量; v）體積小，重量輕，操作方便; vi）不需要外部電源等優(yōu)勢(shì)。隨著先進(jìn)材料和技術(shù)的發(fā)展，肌肉功能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)將被重新定義，TSAS也將為肌肉評(píng)估形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)一份力量。

該成果以“Stretchable, Self-Healing, and Skin-Mounted Active Sensor for Multipoint Muscle Function Assessment”為題發(fā)表在國(guó)際一流期刊《ACS Nano》上。文章第一作者是北京納米能源與系統(tǒng)研究所的博士研究生王嬋和曲學(xué)鋮，鄭強(qiáng)老師。北京納米能源與系統(tǒng)研究所的李舟研究員和中南大學(xué)的李宇晟副教授為共同通訊作者。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02010

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