作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 由导电纳米片和弹性基里加米线组成的弹性基里加米贴片，用于棒球投球时手掌肌肉上的表面肌电信号记录
(a)贴在皮肤上并连接到蓝牙模块的弹性kirigami贴片的图像(上图)和示意图(下图)
弹性基里加米贴片由两个导电纳米片和两条弹性基里加米线组成
由高速摄影机记录的俯仰运动的连续照片
PEDOT示意图:聚苯乙烯/SBS导电纳米片
弹性基里加米线的构成
学分:自然亚洲材料，doi: 10
1038/s 14427-019-0183-1 表面肌电信号被广泛用于研究人体运动，包括运动表现
棒球投手需要非常精确的动作才能把球投到好球带，在这个区域，手掌肌肉在运动中起着关键作用
记录手掌的表面肌电信号有助于分析棒球投球过程中的运动，然而，目前可用的设备体积庞大，带有刚性电极，阻碍了佩戴者的自然运动
因此，山形健和日本高等科学与工程学院、运动学院和数字制造与设计学院的一组研究人员描述了一种新的皮肤接触贴片
该可穿戴设备包含基于基里加米的可拉伸布线和基于导电聚合物纳米片的超整合生物电极
研究小组设计了这种装置来解决人类皮肤和电子设备之间的机械不匹配问题，并在《自然亚洲材料》上发表了研究结果
该设备包含一个基里加米启发的布线设计和基于纳米片的柔性生物电子的机械梯度结构，以形成一个大体积的可穿戴结构
该设计方法缓冲了手臂摆动时施加在皮肤接触生物电极上的机械应力
更具体地说，山形等人
测量棒球运动员投球时拇短展肌(APBM)的表面肌电信号
研究小组观察了ABPM在不同类型的快速球和曲球之间的活动差异
研究结果将允许他们分析未探索过的肌肉区域的运动，比如手掌和脚底
这项工作将导致对一系列体育活动和其他运动中的肌肉活动进行更深入的分析
可穿戴设备可以通过将小电极连接到皮肤表面并通过电线连接到放大器上的记录来促进运动过程中表面肌电信号的精确测量。然而，这种设备会限制剧烈运动
手掌肌肉对棒球投手来说至关重要，需要在两毫秒的时间内非常精确的动作，才能把球投进好球区
由于球直接接触手掌肌肉，在实际投球过程中从手掌获取表面肌电信号记录非常困难
此外，如果研究人员将电极附着在手掌上而不是手掌肌肉上，很可能会因手腕弯曲而导致导线劳损
因此，研究人员以前在棒球投球过程中只对肘部、肩胛肌肉和下肢及上肢进行表面肌电信号分析，而没有在投球过程中检查手掌肌肉
弹性kirigami线的力学性能
用手用力拉伸前(左)和后(右)弹性基里加米线的图像
弹性基里加米线在25%(左)、100%(中)和150%(右)应变时拉长的显微图像
在150%应变下弹性基里加米布线的光学(左)和扫描电镜图像(中间和右侧)
顶部和底部硅橡胶层之间没有分层
三种不同设计的弹性橡胶线、非橡胶样品和硅橡胶板的应力-应变曲线(实线:已测量，虚线:有限元模拟)
左图和右图分别以指数和线性应力标度显示
w1/w2/w3/w4 = 0的弹性kirigami布线的有限元模拟图像
75/3
5/0
5/1
拉伸应变为0%、50%、100%和150%(从左到右)时为0
学分:自然亚洲材料，doi: 10
1038/s 14427-019-0183-1 在目前的工作中，山形等人
通过开发包含基于导电聚合物纳米片的超整合电极和基于“kirigami”的可拉伸布线的皮肤接触贴片来解决该问题
基里加米是一种日本纸艺术，由于其柔韧性广泛应用于可拉伸电子领域
该技术可以使诸如石墨烯和碳纳米管纳米复合材料的通常不可拉伸和刚性的二维(二维)材料通过三维变形可拉伸
为了连接基于纳米片的生物电极和大容量可穿戴模式
设计并开发了一个基于kirigami的布线系统，具有以下特点
基于二维膜的贴合皮肤粘附性电阻变化极小的可拉伸性，以及具有导电层和基里加米图案弹性绝缘层的完全绝缘结构
导电聚合物纳米片的制备
通过基于凹版涂布的卷对卷方法制造PEDOT:PSS/SBS双层导电纳米片的示意图
通过水溶性聚乙烯醇牺牲层法获得由粘合纸带框架支撑的自立式导电纳米片
将导电纳米片附着在皮肤上的程序示意图
手掌皮肤上两个导电纳米片的图像
学分:自然亚洲材料，doi: 10
1038/s 14427-019-0183-1 研究人员将这些成分组装成一个贴片型皮肤接触装置，他们将其命名为“弹性基里加米贴片”
“他们使用该装置进行了表面肌电信号的精确测量，并在有经验的棒球运动员投球时从拇短展肌(APBM)获得了信号
他们使用高速摄像机将表面肌电信号和手臂加速度与俯仰运动的连续照片同步
科学家开发的这种装置可以以佩戴者最少感知的方式测量手掌的表面肌电信号
为此，他们使用基于聚(3，4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯-磺酸酯)(PEDOT:PSS)的导电聚合物超薄薄膜(称为“导电纳米片”)来形成超整合皮肤接触电极
该团队之前研究了基于PEDOT:PSS的导电纳米片对汗液的机械和电气稳定性，发现它们在人工汗液中浸泡180分钟后仍能保持电气功能和结构完整性
含有PEDOT:PSS和聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)的双层弹性导电纳米片在不使用任何粘合剂和不干扰皮肤自然变形的情况下，与人体皮肤贴合
该研究中的PEDOT:PSS/PBS双层导电纳米片的厚度为339±91纳米，电导率为500秒/厘米，抗弯刚度小于10-2纳米(纳米牛顿米)
SBS纳米片的柔韧性、可拉伸性和坚固性使得双层导电纳米片在没有粘合剂的情况下通过范德华力符合皮肤粘附性
Yamagishi等人
测试受试者手掌肌肉上的纳米片抵抗重复机械拉伸和收缩的机械和弹性稳定性
他们在纳米片的两侧放置了两片溅射金的聚酰亚胺薄膜，以提供与纳米片的电接触
此后，他们用聚氨酯基透明胶布覆盖纳米片和溅射金的聚酰亚胺薄膜
研究人员测量了纳米片在初始状态和手掌肌肉收缩/拉伸后的电阻
即使在重复的拉伸和收缩循环后，他们也没有观察到损伤，以清楚地证明纳米片电极的结构和电学性质的一致性，即使在手掌的最大应变下也是如此
结果表明，它们适合在重复的拉伸或收缩循环下作为生物电极
该小组建造并测试了kirigami布线系统，以调查其机械和电气性能，并使用拉力测试仪检测了布线系统的机械性能
弹性布线系统展示了基于基里加米的混合拉伸性和基于硅橡胶的弹性
弹性kirigami线的拉伸试验
学分:自然亚洲材料，doi: 10
1038/s 14427-019-0183-1 研究小组随后在实验室进行了广泛的测试，以了解kirigami布线的绝缘性能以及伸长和收缩后的形状恢复
为了测试这种皮肤接触装置，他们在参与者挥动手臂前后测量了电极与皮肤的接触阻抗
科学家们将结果与非基里加米样本进行了比较
使用三个高速摄像机，他们捕捉参与者的俯仰运动，以研究APBM和其他肌肉之间的SEMG信号模式
Yamagishi等人
然后研究了五个不同阶段的俯仰运动；上紧、早期上紧、晚期上紧、加速和跟进
他们把投手控制曲球(与快球相比)的普遍观察到的困难归因于APBM活动的加强和减弱，大约为-0
投掷弧线球后5秒
在使用完整的弹性基里加米贴片进行投球动作时，对APBM的肌电图分析表明，投手在投球前的早期击发阶段控制了手掌肌肉的活动
参与者投掷曲线球的投球动作
学分:自然亚洲材料，doi: 10
1038/s 14427-019-0183-1 通过这种方式，山形贤和他的同事开发了一种皮肤接触贴片装置，该装置具有一个由kirigami启发的可拉伸布线系统和基于导电纳米片的超整合生物电极
他们成功地对APBM肌肉进行了动态表面肌电信号分析，这在棒球投球时无法用传统设备进行测试
这种最低限度可感知的装置可用于研究运动员在运动过程中的肌肉活动，而不会干扰他们的表现
这项工作中观察到的表面肌电信号记录将使研究人员更深入地了解各种运动和动作中的肌肉活动
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