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在运动中拉伤是一件很常见的事，为了减少拉伤的发生，南方科技大学团队研究出一种用于肌腱定位和肌肉损伤预防的可拉伸表面肌电电极阵列贴片。该成果发表在《nature communication》上。

1、研究背景

运动损伤非常常见。无论是业余还是专业运动员，在运动或训练过程中如果没有适当的监督或指导，都可能出现肌肉拉伤或肌腱撕裂。为了预防肌肉损伤，肌电图是一种合适的测量方法，因为它可以显示肌肉活动，并提供与肌肉状态相关的量化信息。

2、研究概述

基于功能化导电聚合物的设计，研究团队设计了功能化聚苯胺基时序黏附水凝胶贴片。它可以实现心脏的同步机械生理监测和电耦合治疗，并牢固附着在心脏表面监测心脏的机械运动和电活动

研究团队分别采用可打印金属聚合物导体MPC和基于单宁酸、聚乙烯醇和PEDOT:PSS的导电聚合物（TPP）作为电路和电极，开发了一种具有黏附性、可拉伸性、生物相容性和耐用性的表面肌电金属聚合物电极阵列贴片(MEAP)，确保了电极的优异柔韧性和可拉伸性（超过200%的应变）。TPP电极在皮肤上长期佩戴10天以上，无任何炎症，效果持久，具有良好的生物相容性。电极的粘附性（剥离力为0.58 N/m）使其在皮肤上具有很高的一致性，从而比Ag/AgCl电极具有更好的信号质量和稳定性，特别是在有褶皱和折痕的皮肤表面进行记录时。信号质量也适合检测表面肌电信号中位数频率的下降，从而提供肌肉的疲劳水平。

图1：MEAP的组成和制造示意图a. MEAP 中的不同成分及其功能。b.示意图TPP电极与皮肤之间的粘附力。c.表演照片拉伸期间和皮肤上的 TPP 电极。d .MEAP的制作过程。液态金属墨水用于制造 MPC 电路。TPP 接触点已公布使用模具的基材。粘合封装层 PPA 的制造目的是覆盖电路并仅暴露接触点。e MEAP 期间的照片拉伸、弯曲和扭转。MEAP 可以储存在离型膜上只需将其揭开即可贴在皮肤上进行表面肌电图记录。（图片来自原文）  

图2：TPP电极的生物相容性及长期测试a. 用于生物相容性测试的受试者手臂皮肤的照片。b. 佩戴3、6、24小时后的皮肤状况。贴附6小时后，Ag/AgCl电极上的胶水脱落，紧紧地粘在皮肤上，很难洗掉。然而，对于TPP电极，24小时粘合后，PPA在皮肤上留下的胶水非常少。c. 用于长期测试的电极的照片，以及说明测试期间受试者活动的示意图。d. 长期测试期间由 TPP 和 Ag/AgCl 电极记录的 sEMG 信号（每次测量 n = 3 个样本）。数据以平均值±SD 表示。e. 在 PPA 和 TPP 薄膜上生长的内皮细胞的荧光图像，以显示其生物相容性。MEAP 可以储存在离型膜上只需将其揭开即可贴在皮肤上进行表面肌电图记录。（图片来自原文）  

图3：MEAP 记录高密度表面肌电图，用于预防肌肉损伤。a. 二头肌弯举的照片和风险示意图。b. 伤害预防系统组件图。c.包括等距和动态任务的会话照片。d. MEAP 和不同负载的通道站点照片。e 5 公斤负载过程中的表面肌电信号。f .对 MEAP 记录的不同受试者的 sEMG 信号进行统计分析。将 RMS 值归一化为其各自的最大值，并将通道 21（控制）与其他通道进行比较。显着性通过单侧 t 检验确定（*P < 0.05；**P<0.01；***P < 0.001；****P < 0.0001)。g. 所选通道的等距任务（左）和动态任务（右）中 sEMG 信号的 RMS 值（每个通道 n = 54 个 RMS 值）。箱线图显示平均值（中心方格）、中位数（中心线）、第 25 至 75 个百分位数（方框）以及 ≤1.5 倍四分位数范围（分别为下须线和上须线的界限）的最小值和最大值 ）。h. MEAP 记录的 sEMG 信号的中频细节。 （图片来自原文）  

3、研究意义

这个工具可以在很多运动和训练环境中使用，特别适用于那些需要爆发力的运动，如短跑和健美。更重要的是，由于贴片使用高密度的表面肌电信号电极阵列，使得利用平均频率变化定位肌肉-肌腱连接点是可行的。根据MEAP记录实时监测肌腱位移，将肌腱拉伸维持在适当的生理范围内，可以防止运动员受伤。根据MEAP获得的载荷、疲劳和肌腱位移等信息进行分析可以帮助运动员实现更安全、更高效地运动。

参考文献：

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.