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導(dǎo)    語

在運(yùn)動中拉傷是一件很常見的事，為了減少拉傷的發(fā)生，南方科技大學(xué)團(tuán)隊研究出一種用于肌腱定位和肌肉損傷預(yù)防的可拉伸表面肌電電極陣列貼片。該成果發(fā)表在《nature communication》上。

1、研究背景

運(yùn)動損傷非常常見。無論是業(yè)余還是專業(yè)運(yùn)動員，在運(yùn)動或訓(xùn)練過程中如果沒有適當(dāng)?shù)谋O(jiān)督或指導(dǎo)，都可能出現(xiàn)肌肉拉傷或肌腱撕裂。為了預(yù)防肌肉損傷，肌電圖是一種合適的測量方法，因?yàn)樗梢燥@示肌肉活動，并提供與肌肉狀態(tài)相關(guān)的量化信息。

2、研究概述

基于功能化導(dǎo)電聚合物的設(shè)計，研究團(tuán)隊設(shè)計了功能化聚苯胺基時序黏附水凝膠貼片。它可以實(shí)現(xiàn)心臟的同步機(jī)械生理監(jiān)測和電耦合治療，并牢固附著在心臟表面監(jiān)測心臟的機(jī)械運(yùn)動和電活動

研究團(tuán)隊分別采用可打印金屬聚合物導(dǎo)體MPC和基于單寧酸、聚乙烯醇和PEDOT:PSS的導(dǎo)電聚合物（TPP）作為電路和電極，開發(fā)了一種具有黏附性、可拉伸性、生物相容性和耐用性的表面肌電金屬聚合物電極陣列貼片(MEAP)，確保了電極的優(yōu)異柔韌性和可拉伸性（超過200%的應(yīng)變）。TPP電極在皮膚上長期佩戴10天以上，無任何炎癥，效果持久，具有良好的生物相容性。電極的粘附性（剝離力為0.58 N/m）使其在皮膚上具有很高的一致性，從而比Ag/AgCl電極具有更好的信號質(zhì)量和穩(wěn)定性，特別是在有褶皺和折痕的皮膚表面進(jìn)行記錄時。信號質(zhì)量也適合檢測表面肌電信號中位數(shù)頻率的下降，從而提供肌肉的疲勞水平。

圖1：MEAP的組成和制造示意圖a. MEAP 中的不同成分及其功能。b.示意圖TPP電極與皮膚之間的粘附力。c.表演照片拉伸期間和皮膚上的 TPP 電極。d .MEAP的制作過程。液態(tài)金屬墨水用于制造 MPC 電路。TPP 接觸點(diǎn)已公布使用模具的基材。粘合封裝層 PPA 的制造目的是覆蓋電路并僅暴露接觸點(diǎn)。e MEAP 期間的照片拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)。MEAP 可以儲存在離型膜上只需將其揭開即可貼在皮膚上進(jìn)行表面肌電圖記錄。（圖片來自原文）  

圖2：TPP電極的生物相容性及長期測試a. 用于生物相容性測試的受試者手臂皮膚的照片。b. 佩戴3、6、24小時后的皮膚狀況。貼附6小時后，Ag/AgCl電極上的膠水脫落，緊緊地粘在皮膚上，很難洗掉。然而，對于TPP電極，24小時粘合后，PPA在皮膚上留下的膠水非常少。c. 用于長期測試的電極的照片，以及說明測試期間受試者活動的示意圖。d. 長期測試期間由 TPP 和 Ag/AgCl 電極記錄的 sEMG 信號（每次測量 n = 3 個樣本）。數(shù)據(jù)以平均值±SD 表示。e. 在 PPA 和 TPP 薄膜上生長的內(nèi)皮細(xì)胞的熒光圖像，以顯示其生物相容性。MEAP 可以儲存在離型膜上只需將其揭開即可貼在皮膚上進(jìn)行表面肌電圖記錄。（圖片來自原文）  

圖3：MEAP 記錄高密度表面肌電圖，用于預(yù)防肌肉損傷。a. 二頭肌彎舉的照片和風(fēng)險示意圖。b. 傷害預(yù)防系統(tǒng)組件圖。c.包括等距和動態(tài)任務(wù)的會話照片。d. MEAP 和不同負(fù)載的通道站點(diǎn)照片。e 5 公斤負(fù)載過程中的表面肌電信號。f .對 MEAP 記錄的不同受試者的 sEMG 信號進(jìn)行統(tǒng)計分析。將 RMS 值歸一化為其各自的最大值，并將通道 21（控制）與其他通道進(jìn)行比較。顯著性通過單側(cè) t 檢驗(yàn)確定（*P < 0.05；**P<0.01；***P < 0.001；****P < 0.0001)。g. 所選通道的等距任務(wù)（左）和動態(tài)任務(wù)（右）中 sEMG 信號的 RMS 值（每個通道 n = 54 個 RMS 值）。箱線圖顯示平均值（中心方格）、中位數(shù)（中心線）、第 25 至 75 個百分位數(shù)（方框）以及 ≤1.5 倍四分位數(shù)范圍（分別為下須線和上須線的界限）的最小值和最大值 ）。h. MEAP 記錄的 sEMG 信號的中頻細(xì)節(jié)。 （圖片來自原文）  

3、研究意義

這個工具可以在很多運(yùn)動和訓(xùn)練環(huán)境中使用，特別適用于那些需要爆發(fā)力的運(yùn)動，如短跑和健美。更重要的是，由于貼片使用高密度的表面肌電信號電極陣列，使得利用平均頻率變化定位肌肉-肌腱連接點(diǎn)是可行的。根據(jù)MEAP記錄實(shí)時監(jiān)測肌腱位移，將肌腱拉伸維持在適當(dāng)?shù)纳矸秶鷥?nèi)，可以防止運(yùn)動員受傷。根據(jù)MEAP獲得的載荷、疲勞和肌腱位移等信息進(jìn)行分析可以幫助運(yùn)動員實(shí)現(xiàn)更安全、更高效地運(yùn)動。

參考文獻(xiàn)：

Yang S, Cheng J, Shang J, et al. Stretchable surface electromyography electrode array patch for tendon location and muscle injury prevention[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 6494.