用于可靠急救监护的半液态金属纤维构建的高度鲁棒心电电极

为什么在混乱中监测心脏很重要

地震、爆炸或交通事故发生时，救援人员需要在数秒内判断伤者的心脏是否出现问题。然而在这些混乱环境下，常用的粘贴式贴片在汗水、血迹或灰尘覆盖的皮肤上常常脱落，并且可能刺激脆弱的伤口。本文介绍了一种新型柔软的纤维状电极，可快速缠绕在手臂、腿或手指上，即使在肮脏或受伤的皮肤上也能获取清晰的心电图（ECG）信号，并能在医院长期监护中保持舒适。

一种新型的环绕式导线

研究人员没有依赖胶水将平片固定在胸部，而是设计了细长有弹性的纤维，更像软手环或绷带。这些纤维被拉伸后多次缠绕在四肢上，放松时会轻柔地挤压皮肤，产生机械“锚定”效果将其固定。电极的导电部分是覆盖在可拉伸聚氨酯芯上的半液态金属涂层，呈双螺旋形排列。该扭绞结构增加了与皮肤接触的金属面积，有助于纤维贴合每一处弧度与皱褶，降低电阻并改善信号采集。

既像固体又像液体的金属

设计的核心是一种基于镓的特殊合金，在室温下能像液体一样流动，但导电性接近固态金属丝。通过将这种液体与微小的银包铜颗粒混合，团队制成了一种“半液态”浆料，能粘附在处理过的纤维表面而不致流淌。金属与纤维之间的薄粘合层使涂层保持形状、随纤维伸展并维持连续的导电路径。测试表明，这些纤维在导电层不断裂的情况下能够延长至近原长的六倍，并且在经历1万次拉伸循环、温湿度变化以及缠绕手指时不同松紧度的情况下仍保持高导电性。

在脏、毛发或潮湿皮肤上也能稳固贴合

为模拟灾难条件，研究人员在志愿者皮肤上覆盖了毛发、水、油、泥和尘土，然后将环绕纤维与标准的银/氯化银凝胶贴片进行比较。传统贴片在这些挑战下很快失去粘性，基本上被剥离且测不到固定力。而环绕式纤维电极通过简单的打结或重叠方法保持了强有力的抓附力，其剥离力远高于贴片。它们在皮肤表面也表现出更低的电阻抗，意味着更好的信号传输，尤其在尘土或其他污染物通常会阻断接触时更为明显。同时，由于纤维之间留有间隙，空气和水汽可以自由通过，使透气性接近裸露皮肤，远优于商业透气贴片或医用胶带。

对皮肤安全且更环保

鉴于这些电极设计为可长期贴附在体表，团队评估了材料是否对细胞有害或会引起皮肤刺激。对聚氨酯纤维、粘合剂和半液态金属提取物的细胞培养测试均显示高细胞存活率和正常细胞形态，提示低毒性。在实际使用中，留在皮肤上的少量金属痕迹可用酒精轻易擦拭干净。重要的是，金属涂层可在碱性溶液中从用过的纤维上剥离，汇聚成可回收的液滴，回收率约为98%。这种可回收性相比每位病人使用后一次性丢弃的贴片电极可显著减少材料浪费。

从灾区到重症监护室

在志愿者测试中，环绕纤维电极记录到的心电波形与标准医院贴片非常接近，清晰显示出熟悉的P波、QRS波群和T波。它们不仅可置于手指上，还可放在腕部、手臂、大腿、膝盖和脚踝，为救援人员在胸部被烧伤、压伤或被瓦砾遮挡时提供灵活选择。电极在行走、肢体运动及持续40分钟监测期间仍能提供稳定信号。在重症监护病房中，医生将该纤维用于术后1小时和24小时的监测，成功检测到包括心肌梗死和心律不齐等多种危险心律问题。患者报告舒适度更高，皮肤刺激迹象也比标准贴片更少。

对未来护理的可能意义

总体而言，该研究表明，将半液态金属柔软纤维环绕四肢可在关键时刻提供快速、可靠且舒适的心脏监测——从灾后最初几分钟到重症监护的漫长时段。通过以温和的机械锚定取代粘性贴片，并采用可透气、可回收的材料，这一方法可帮助救援人员和临床医生减少信号失真、降低皮肤损伤并减少废弃物，使医院级监护更接近真实发生紧急情况的现场。

引用: Liu, X., Xu, H., Chen, L. et al. Highly robust ECG electrodes constructed from semi-liquid metal fibers for reliable emergency rescue monitoring. npj Flex Electron 10, 56 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00556-2

关键词: 急救心电监测, 柔性可穿戴电极, 液态金属纤维, 灾难医学, 心律失常检测