贴片使用纳米磁铁来检测皮肤的肌肉运动

利用纳米磁铁复合材料和导电纱线，科学家发明了一种智能纺织品，可以感知和测量身体运动——从肌肉弯曲到静脉搏动。该设备于6月27日发表在《Matter》杂志上，具有自供电、有弹性、耐用、防水的特点，只需几美元就可以用缝纫机制作。有一天，它可能会帮助临床医生评估肌肉损伤并支持患者的康复。

从技术上讲，智能纺织品并非由织物制成，而是具有类似布料的质感。它由填充纳米磁铁的橡胶贴片制成，大约有两张邮票大小。研究人员使用缝纫机，将镀银导电纱线以线圈设计缝合到贴片上。机械力(例如手指敲击)可以使橡胶内的磁场模式变形，从而在纱线中产生电流。力改变磁场和磁通量变化产生电力的两种现象被称为磁弹性效应和电磁感应。

“我们的设备对生物力学压力非常敏感，”加州大学洛杉矶分校工程系的资深作者JunChen说。“该设备将肌肉活动转换为可量化的高保真电信号，并无线发送到手机应用程序。这展示了个性化物理治疗和改善肌肉损伤康复的潜力。”

该设备不仅灵敏，而且精确，可以详细描述身体每个肌肉群的运动。研究人员将该设备连接到身体的不同部位，可以清楚地测量喝水时的喉咙运动、行走时的脚踝运动，甚至可以通过手腕监测人的脉搏。当安装在人的二头肌上时，该设备可以显示他们是否弯曲手臂或握紧拳头以及弯曲程度或力量。根据这些类型的信息，临床医生可以找到金发姑娘区，以防止过度偏移并鼓励适度的活动，从而为患者量身定制恢复目标。

陈和他的团队还测试了该设备的功能。为了模拟现实世界的条件，例如出汗过多和大雨，团队用水喷雾润湿设备并测试其信号输出。信号依然强劲。除了防水之外，该设备还具有弹性和耐用性，可延伸其长度的3.5倍，并可承受100,000次变形。从生产的角度来看，Chen指出该设备易于制造且高度可扩展，并且每个补丁的成本估计不到3美元。

“该设备的另一个亮点是它的自供电特性，”陈说。“将生物力学力转化为电力的能力意味着该设备也是一个发电机。这消除了可穿戴电子设计中通常需要的笨重且刚性的电池组。”

接下来，该团队希望使智能纺织品变得更薄、更轻，以优化佩戴者的体验。Chen和他的团队于2021年发现了软系统中的磁弹性效应，他们还计划探索新的方法，将他的发现融入其他可穿戴或植入式生物电子学中。

“我们还测试了该设备的心血管监测和呼吸监测功能，”陈说。“有一天，我们也许能够重新发明或取代现有的系统，例如需要外部电源的心电图系统，并使它们体积更小、更耐磨。”