新突破 美研发新型医用界面电极材料

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來源:大紀元



美国科学家开发一种低成本、高导电率的“橡皮泥”，将其做成健康检测器的电极，有望替代造价高、耐用性低的传统材料。图为一名斯里兰卡的小孩正在玩橡皮泥。(Indranil Mukherjee/AFP)

【大纪元2024年10月27日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）专业学术期刊《Device》最近刊登一篇论文，介绍美国新研发的医用界面电极材料，有望替代造价高、耐用性低的传统材料。

传统的医疗检测仪器的侦测电极，使用石墨烯、银纳米线和有机聚合物等高电导率材料。不过，这些材料存在造价高、耐用性低、易碎，且制作工艺复杂等缺点。

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）生物医学工程院使用普通家居用品，研制出一种高导电性的“橡皮泥”柔性电路（Squishy Circuits，SC），将其用于健康检测仪器的电极上。

作为一种新型生物界面电极材料，SC不仅拥有低成本、低阻抗和高电导率的特性，还可自行修复，其耐用性和功能性都大大高于传统材料。

这种SC电极，主要是由一定比例的面粉、水、盐、塔塔粉（一种烘焙用膨胀粉末）、植物油和少量的食用色素，按照一定步骤和混合顺序制作而成。为了验证SC的电导率和电阻，研究人员使用典型的生物电子系统，对人体皮肤和猪皮进行了一连串测试。结果显示，这种SC电极在频率10kHz时，阻抗远比市场上最先进的红点凝胶电极低（阻抗越低越好）。

此外，他们还发现，当SC在频率1kHz时的阻抗比纯铜片低4倍，比含有氯化银（AgCl）的红点凝胶低10倍。

为了验证SC电极即时适用性，研究人员将它放置在医用级胶带的顶部（含有电气互连的铜引线）以测量人体各个部位的数据。结果显示，这种SC电极可有效且稳定地捕捉到大脑活动产生的讯号（脑电图，EEG）、心脏活动产生的讯号（心电图，ECG）、眼球运动的讯号（眼电图，EOG），及肌肉活动产生的讯号（肌电图，EMG）。

他们还发现，SC电极的信噪比也比凝胶电极要高（信噪比越高代表越清晰），能够让仪器更准确识别讯号。

这种SC电极即便长时间（24小时）贴在人身上，依然能对身体的数据进行良好的检测监控，因为过程中它会吸收人体的汗液，使其不会因干燥损坏。即便它变得干燥也只需要浸泡在水中就可以恢复。另外，SC电极即便被切成多段，黏合后还能正常运作，且在60°C的环境下性能也依然十分稳定。

从成本上看，这种材料仅约0.01美元，比商业凝胶电极（成本0.25～1美元）更具经济优势。

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校生物医学工程助理教授、该论文的资深作者德米特里‧基里耶夫（Dmitry Kireev）告诉该校的新闻室，这种电极材料在测量品质方面，远比其它电极材料好，因为它阻抗很低。电极和人体的组织之间阻抗越低，两者之间的电导率就越好，测量生物电位的能力就越好。需要的话，这种电极可以在家里或高中实验室里制作出来，十分有利于推广到更多地方。