在海洋深处，人类对水下环境的探索和利用正日益增加。水下肌电信号的检测与分析，对于水下康复训练、潜水员安全监测等活动至关重要。然而，传统肌电电极在水下应用时，由于电极与皮肤之间的水合层，常常导致信号采集不稳定。导电水凝胶因其高含水量、良好的生物相容性等特性，被认为是理想的肌电电极材料。但大多数水凝胶在水下容易溶胀，影响其性能，难以满足水下肌电信号采集的需求。

在这样的背景下，科学家们从海星的管足中得到灵感，海星能够在水下岩石上行走，得益于其管足的扁平吸盘状结构和粘附蛋白。受此启发，研究人员设计了一种新型的肌电电极，这种电极包括外部的硅胶吸盘、内部的微溶胀水凝胶和银/氯化银电极底座。这种设计通过硅胶吸盘隔离外部水环境，利用水凝胶的微溶胀特性和吸盘的相互作用，增强了电极与皮肤的接触，满足了水下肌电信号采集的需要。

研究人员首先合成了一种具有抗溶胀性能的水凝胶，这种水凝胶在聚合物骨架上形成了氢键网络，赋予了其在水下长时间工作的能力。实验表明，这种水凝胶具有类似皮肤的杨氏模量和低皮肤接触阻抗，保证了信号的高质量采集。

为了验证这种新型电极的性能，研究人员进行了力学仿真模拟和实验验证。通过有限元分析和实验，研究了吸盘与凝胶下压时对皮肤的压力和力学行为。结果表明，水凝胶溶胀时与吸盘的内壁完全接触，增加了整体顶部应力，同时皮肤上的应力分布更均匀，接触面积增加，有利于肌电信号的记录。

在实际应用中，这种新型电极与采集系统相连，进行了水下肌电信号采集测试。测试结果表明，由于电极能够随着凝胶溶胀不断增进与皮肤的接触，因此能够保持高质量的肌电信号。与其他电极相比，这种新型电极具有高信噪比、低基线噪声的优势，即使在水下电机工作环境中也能保持高信号质量。

这项研究成果已经发表在《Chemical Engineering Journal》上，由西北工业大学的叶元茗、王腾蛟副教授和吉博文副教授共同完成。这项研究不仅为水下肌电信号的采集提供了新的解决方案，也为水下生物医学工程领域的发展开辟了新的道路。随着科技的不断进步，我们可以预见，这种仿生学的电极设计将在水下领域得到更广泛的应用，为人类探索海洋、保护海洋、利用海洋提供更加强大的技术支持。

责任编辑：李娇