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北京师范大学刘楠教授团队 ACS Nano:一体化、生物衍生、透气且汗液稳定的MXene表皮电极用于肌肉诊疗
2022-10-12  来源:高分子科技

  近年来,人们对健康检测、个性化治疗和人机界面的兴趣日益浓厚,这推动了可穿戴设备的研究。电子皮肤可以与人体紧密连接,为监测肌肉和认知功能、眼睛和心脏健康以及假肢控制提供新的机遇。并且可穿戴电极材料还可以进行电刺激和电热理疗,达到治疗神经系统疾病的效果。


  肌肉疲劳是许多人都有过的一种常见的肌肉疾病。它可分为急性疲劳和慢性疲劳。其中急性疲劳源于强烈的疲劳感,可通过快速、适当的诊断和治疗迅速缓解,而慢性疲劳是由疲劳积累引起的,持续数月,甚至会导致器质性疾病。准确定位触发点,及时提供恰当的治疗可以有效地阻止疲劳积累,缩短恢复时间。


 

  近日,北京师范大学化学学院刘楠教授团队开发出一种一体化,生物衍生,透气且汗液稳定的MXene表皮电极用于肌肉诊疗相关工作以An All-in-One, Bioderived, Air-Permeable, and Sweat-Stable MXene Epidermal Electrode for Muscle Theranostics为题发表在ACS Nano上。文章第一作者是在读博士研究生宋德魁。该研究得到了北京市农林科学院侯新村研究员植物筛选方面的支持。该研究获得了国家自然科学基金委的资助。


  该工作是以紫叶狼尾草为原料,通过化学刻蚀制备得到柔性多孔纤维素骨架。然后负载MXene导电层,并在人工汗液中浸泡交联,得到多孔、高导电的MXene电极(图12)。由于草本植物的结构排列和MXene在汗液中的离子交联,该电极具有高透气性和各种环境下低且稳定的电极-皮肤界面阻(图3因此,该电极可以可靠地采集表皮电生理信号,如肌电图EMG、心电图ECG、眼电图EOG和脑电图EEG)(图4。此外,由于其良好的焦耳加热能力,MBE表现出低压热疗。将电刺激、电热治疗和电生理传感器集成为一个系统,可实现一体化诊断和治疗,为肌肉疲劳的日常穿戴式诊疗提供了一种实用的方式(图5。它还可以通过人机交互进行肌肉康复训练和假肢控制(图6)。 



1 MXene电极的制备及应用展示 



2 MXene电极的形貌和化学组成表征



 图3 MXene电极的透气性和稳定性表征


 4 MXene电极用于电生理信号检测。


 5 MXene电极肌肉诊疗表征


 6 MXene电极阵列用于假肢控制与康复训练。


  北京师范大学刘楠课题组长期关注电子皮肤材料的研究。在过去的两年,团队在石墨烯/PEDOT:PSS电极的制备(Nat. Commun. 2021, 12, 4880; ACS Materials Lett. 2020, 2, 999?1007; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56361?56371)类皮肤弹性基底的制备(Mater, Horiz. 2021, 8, 1047-1057; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 1486-1494)特殊应用场景的可穿戴材料的制备(Adv. Funct. Mater. 2022, 2206424 ; Adv. Mater. Technol. 2020, 5, 1900800)光电子皮肤应用(Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107524; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111529)等方面取得了一系列进展。团队欢迎具有相关背景的优秀学生共同学习进步,具体请联系nanliu@bnu.edu.cn


  原文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07646 

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(责任编辑:xu)
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