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柔性可拉伸电极，实现大面积人体电生理信息监测与调控

泰然健康网
2024-12-22 21:48

电生理过程伴随着身体机能的方方面面。

从大脑思考过程中的数以百亿的神经元放电，到心脏跳动过程中的心肌运动放电；从运动过程中四肢的骨骼肌放电，到消化食物胃肠道的平滑肌放电；从排泄过程的括约肌放电，到生殖、生育过程中的特殊肌肉放电。可以说，每时每刻，人的机体都在放电。

与此同时，给予身体恰当的电流输入，也就能干预调控相应的组织功能。所以，电生理一直以来在医疗器械领域中备受关注。

而在临床上，电极的应用更为常见。如对于住院病人而言，24小时心电监护是非常重要的环节，这不仅能够让医生更准确的了解患者的身体状况，同时突发事件能够起到预警作用。

而在医疗创新高速发展的近一百年间，心电监护仪经历了显著的进步，其精度、灵敏度、便携性等性能均得到了提高。但作为心电监护仪不可或缺的部分，电极片却鲜少有变化。

尽管心电监护仪已经迭代到仅手掌大小。但电极片依旧线路缠绕，质地较硬，不仅患者舒适感较差，在手术或医疗紧急情况时还可能影响医生操作，造成不必要的麻烦。

基于此，中国科学院深圳先进技术研究院刘志远研究员决定研发一款柔性可拉伸电极。刘教授深耕生物界面柔软可拉伸导电材料研究十多年，致力于柔性可拉伸导电薄膜，电极及相关医疗应用的研究。

一、电极：鲜少被关注的“亿元市场”

电极是常见的通用医疗器械产品，不仅操作简单，还可以满足多科室需求。搭配不同的主机仪器，便能完成肌电、心电、脑电的监测，满足日常监测需求。

除了监测以外，电极能够传导、放电的功能成为了许多疾病治疗方案中不可或缺的部分。如，此前有团队研究，通过电极片施加交变电场的方式治疗肿瘤，干预疼痛，用于盆底康复，甚至美容等等。

电极在医疗层面的应用几乎可以说是随处可见。据Mordor Intelligence数据，医疗电极市场规模在2023年已经达到9.4亿美元，预计2028年将增长至11.8亿美元。

然而，关于电极的创新鲜少有人关注，而随着神经通路研究的不断递进，以及医疗临床使用的更新，出现了一些当前电极无法满足的需求。

首先是使用场景受限。据刘教授介绍：“目前市面上尚未出现能大面积贴附的电极。”这是因为现有的大部分电极质地较硬，很难随着皮肤自由形变，如果大面积贴附势必会影响信号接受的准确度。

其次，对于长期住院的患者来说有线电极会影响日常活动。患者在活动时，稍不注意便会被电极线拉扯住，而更为严重的还可能绊倒患者，造成不必要的伤害。

另外，在手术过程中，有线电极也可以影响医生操作的灵活性，同时还会造成增加额外的消毒工作，影响无菌化工作。

最后，现有硬质电极在植入式监测与调控中面临力学性能与柔软组织不匹配等严重问题。由于信号传播的规律是由里至外，体表监测包括透皮监测，很难采集到某些信号，特别是在某些需要高精准的信号采集场景时，植入式监测就更具优势。

因此，无论是临床，还是科研界都亟需一款无线，可拉伸的柔性电极。

二、新电极形态：柔软、无线、可拉伸

针对电极现有痛点，刘志远教授团队研发出了一款柔性可拉伸电极。

首先，关于柔性的特点，刘教授这样形容到：“就像膏药一样，可以和皮肤完全贴合。”

柔性可拉伸电极（受访者供图）

为了满足大面积信号采集的需求，团队将电极与此前研发的柔性可拉伸导电薄膜产品相结合，使得电极绝对的柔软。不仅提升了患者使用舒适感，同时也能满足科研层面信号采集的需求。

与皮肤完全贴合，仅是提高大面积信号收集率的第一步，准确性才是关键。如果大量、多个电极若不能形变，那么也很难做到稳定的接触式监测。对此，团队采用了多通道化的方式，通过整合多个局部电极收集到的信号，进而获得更为准确、全面的大面积信号。而在实行多通道化的过程中，团队还通过自研技术，去掉了传统电极冗余的线，不仅方便临床使用，同时还能实现长周期、定制化使用。

另外，可拉伸的薄膜材料也降低了使用时的破损率，不仅减少了医护人员重复贴片的工作负担，同时也能让使用者在贴片过程中活动更为自如，在某些试验中得到更为准确的结果。

可大面积贴附皮肤，高精准性的无线电极仅仅是第一代柔性可拉伸电极。刘教授团队也在关注植入式监测研究。据悉，团队正在研究可用于体内的柔性可拉伸电极，其可拉伸的特性能够使得电极以极小的形态进入到植入部位，再进行膨胀贴合。