基于导电硅胶纱线的新型纺织电极的电化学表征用于生物电刺激

柔软布料中的温和火花

通过皮肤传递的电脉冲可以帮助中风后的人恢复运动、缓解神经疾病的症状并支持康复。但这些疗法的成败常常取决于一个不起眼的部件：贴在皮肤上的电极。本研究介绍了一种由导电硅胶纱线制成的新型柔软可洗的纺织电极，并测试其在传递电流方面是否能像现有标准医用电极那样可靠且安全，同时更舒适且可重复使用。

为什么更好的电极对患者很重要

许多功能性电刺激形式使用贴于皮肤的平板电极将微小电流传入神经和肌肉。如今，这些电极通常由黏性水凝胶或填充碳的橡胶制成。水凝胶易于应用，但可能刺激皮肤且易磨损。橡胶电极通常对皮肤友好，但常需用带子或胶带固定，这在日常使用中笨拙，也不利于患者自行定位。可内置于服装或袖套中的纺织电极承诺实现快速、可重复的定位和高穿戴舒适度。然而，目前大多数纺织电极依赖金属镀层纱线，常见为银，当电流流过时可能释放防腐离子，不利于频繁刺激的场景。

将硅胶编织成智能织物

研究人员开发了一种新的纺织电极：将碳掺杂的硅胶纱线编织成小方块补片，并用常规聚酰胺线作为机械支撑。在此周围添加了一圈非导电硅胶纱线，作为屏障以防止用于改善电接触的潮湿盐水溶液扩散到衣物其他部分。在织物小袋内放置了一个海绵，海绵可吸持类似体液的标准盐溶液。使用前润湿海绵，使离子可以在电极与皮肤之间移动。团队测试了两种连接电缆的方式：一种是在电极上直接使用金属按扣，另一种是用导电纱线将信号传导到远离潮湿区域的连接器——这种布设模拟了材料集成到可穿戴服装中的可能做法。

探测织物的电学特性

为了解新电极的行为，团队将其浸入0.9%盐水溶液中并在数小时内进行了系列测量。他们测量了交变电流在宽频率范围（从0.1赫兹到1,000,000赫兹）下的通行难易程度、电极固有电位的时间稳定性以及电极产生的随机电噪声。带按扣的完整电极在非常低频（0.1 Hz）时表现出大致19.6千欧的较低阻抗，在1 MHz时降至约98欧，等同于或优于文献中报道的许多纺织刺激电极。仅纱线配置（无金属按扣）具有更高的阻抗，尤其在低频时更明显，反映了更长且导电性较差的传导路径。两种设计在24小时内的测量结果保持稳定，表明电极在长时间使用中表现可靠。

保持信号稳定且低噪声

作者还研究了电极自身电压的漂移及其引入的小幅随机波动，因为两者都会影响医疗设备进行刺激或记录（如心电或脑电）信号的清晰度。仅纱线电极稳定在约350毫伏左右，而带不锈钢按扣的版本电位则更接近零。这一差异源自按扣金属自然处于较低电位，从而拉动整体电位。重要的是，两种版本都处于建立电极材料的典型范围内。噪声分析显示，两种类型产生的电流噪声水平相似，但带按扣版本的电压噪声显著更低——接近测量系统自身的噪声——表明金属接触实际上比单纯纱线更能抑制波动。总体而言，噪声水平适中，并可与研究和临床中使用的许多传统电极相媲美。

从实验台走向可穿戴疗法

将所有这些测量结果综合起来，本研究表明由导电硅胶纱线编织的纺织电极在电流传导性、电位稳定性和噪声引入方面可以匹敌或优于现有的纺织刺激电极。由于基于硅胶的材料已知对皮肤温和，且电极可集成进可洗涤的服装，这类器件有望实现更舒适、更可持续且更便于用户在家中或临床使用的电刺激疗法。后续工作需在真实皮肤上、在受压与运动条件下以及长期佩戴中验证其表现，但结果表明未来的康复设备可能在外观与触感上更像日常服装，而非传统医疗器械。

引用: Lange, I., Kalla, T., Wegert, L. et al. Electrochemical characterisation of new textile electrodes based on a conductive silicon yarn for bioelectrical stimulation. Sci Rep 16, 8261 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40950-4

关键词: 纺织电极, 功能性电刺激, 导电硅胶纱线, 可穿戴医疗设备, 生物电刺激