科创中国

随着现代社会经济和科技水平的提高，人们越发关注个人身体健康状态，强调预防为主、防治结合的医疗理念开始深入人心。现代人们在工作中长期伏案，长期坐姿容易导致人体骨骼、韧带、肌肉受到不同程度的损伤，引发肩周炎、骨质增生、血管硬化等症状，采用物理疗法对人体关节处进行刺激、按摩与放松是目前预防以上疾病和症状最有效的手段之一。

物理疗法是使用电、光、声学和机械等物理因素治疗疾病、恢复与重建功能的方法，包括运动疗法和物理因子疗法，其中物理因子疗法又称为“理疗”，包括电疗法、磁疗法、光疗法、超声波疗法、热疗法、中医药疗法。其中，电刺激疗法出现已久，并逐渐趋于成熟，且应用越来越广泛的一项技术，可以通过电极用一定波形和强度的脉冲电流刺激相应神经，使得对应的肌肉发生跳动，产生类似按摩的效果，从而缓解肌肉疲劳，减少骨骼、神经损伤的可能。而通过对特定神经的持续电刺激，将会产生持续的微弱疼痛，且这种疼痛会刺激丘脑分泌更多的内啡肽，从而达到缓解其他部位疼痛的目的。

德国博雅公司设计出了一款EMS Pad肩颈按摩仪，利用的是肌肉电刺激疗法，通过系统内胶贴互相传送电子脉冲信号，使脉冲信号触动神经，接着神经触动肌肉，确保肌肉像做运动般收缩及放松，从而缓解肌肉及关节疼痛，恢复体能，达到放松缓解疲劳的作用，较为便携，可以单机操作，其电极为柔性实体薄膜结构，但存在电极粘贴不便，治疗部位不易定位等问题，且电极片不易拆卸，长期配套还会造成过敏反应等。厦门蒙发利科技股份有限公司乐范研发团队研制出了一款乐范魔力贴，利用的是肌肉电刺激疗法，通过低周波对肌肉的刺激，缓解身体疲劳，无需外接设备即可独立使用，也可蓝牙连接手机APP进行多种模式选择，但其电极为刚性结构，难以满足关节处的贴附和高效治疗，且电极结构不透气透湿，长期穿戴难免引起过敏反应。

①治疗部位贴片放置位置定位困难；

②皮肤的过敏性反应；

③难以设定有效的治疗参数。

本项目的主要研究内容如下：

非粘贴式电极设计与制造：基于超声空化负载效应，实现纳米功能材料在静电纺丝聚氨酯聚合物纤维上的原位嵌入与交联，制备可拉伸、高导电、透气透湿的非黏式电刺激电极薄膜，调控与人体皮肤杨氏模量匹配的薄膜机械性能，满足人体运动状态下的高效贴附与共形； 可穿戴式柔性治疗载体：基于开发的超声空化负载纳米纤维薄膜，研究导电薄膜与亲肤衣物纺织材料的高效集成方法，开发针对不同骨科适应症的穿戴式纺织软护，在传统的织物材料中融合新型柔性导电材料，制备出可拉伸、异形曲面共形性良好的轻、薄、柔的可穿戴电刺激传感系统；研究抗菌、自清洁、体外细胞无毒性技术方法，克服传统实体薄膜易诱发过敏等问题与不足；

轻便式小型化的TENS刺激控制主机模块：开发电刺激调控的专用主控芯片、电源管理模块、通信模块、升压和放电控制电路、电极自放电模块及保护模块等，实现脉冲电流、电刺激频率、电刺激脉宽、电刺激波形以及通断时间比多因素的协调控制；研究针对特定治疗的深度学习算法，通过移动设备远程记录训练反馈及下发治疗处方，并构建与手机、个人电脑的智能互联，开发轻便式小型化的TENS刺激控制主机模块。

本项目设计的关键技术包括：

基于超声空化负载效应的可拉伸、高导电、透气透湿的非黏式电刺激电极薄膜制备技术；

电刺激电极薄膜与亲肤织物的高效集成与抗过敏技术；

小型化、高集成度的无线TENS刺激控制主机与治疗参数的有效设定与高效调控。

本项目旨在开发新型可穿戴式柔性电刺激传感器及系统，主要开发非黏式电极材料、可穿戴式柔性治疗载体、轻便式小型化的TENS刺激控制主机模块等，主要考核指标如下：

①非黏式电极材料开发：开发可与纺织物结合的新型非黏式电极材料，可与电刺激模块相连作用于治疗部位，传导电刺激；非黏式电极的可拉伸率≥ 300 %，断裂强度≥ 0.5 MPa，方块电阻≤ 50 Ω/sq，满足人体可穿戴、运动状态下的共形、高导电等要求；具有抗菌、透气透视、抗过敏的特性；

②可穿戴式柔性治疗载体：研究电刺激非黏式电极与亲肤织物的高效集成技术，可满足肘关节、腕关节、膝关节、踝关节不同部位的快速穿戴，可与柔性电极材料及电刺激模组搭载使用；可承载电压强度大于50V，单位时间内的电荷量大于25μC；

③轻便式小型化的TENS刺激控制主机模块：集成电源模块、控制模块、无线传输模块、智能终端等功能，实现脉冲电流、频率、脉宽、占空比等的调控，可与常规移动设备无线物联，可通过移动设备远程记录训练反馈及下发治疗处方，模组重量不超过300g，电池满足6-8次治疗需求；

④知识产权：发表学术论文2篇，申请国家发明专利2项；

⑤人才培养：培养博士生2名，培养硕士生4名。