液态金属|特殊结构“稳住”液态金属给小动物来一次心电检测( 二 ) 拉伸|电极|合金|家兔

“镓基液态金属能否在体内的植入设备中使用，特别是能否被加工成高精度的图案化的电极，是近年来的研究热点。 ”孔德圣介绍，熔融后的镓基液态金属像水一样柔软、无形，所以想将它们固定成一块传感器件，就需要精密加工的助力。
除了塑性，抗腐蚀也是镓基液态金属作为体内植入设备必须具备的“基本素养” 。
“生物体体液里有大量盐分，金属长期浸润在里面，会被腐蚀，从而降低器件的稳定性，我们在一些早期测试里曾发现，如果镓铟合金直接与生物体接触，几小时后，金属表面就会失去光泽、变色，电阻也会上升。 ”
如何既保留镓铟合金的柔软、高导电特性，又能让它们在生物体内指哪打哪、结实耐用，是
学者们面临的普遍挑战。
经历长达两年的时间，孔德圣团队终于摸索出一套解决方案。
采访人员看到，在他们设计的镓铟合金传感器电极阵列中，一根根“电线”平行笔直地排列，这是一条条“穿”了一层橡胶材料的镓铟合金， “用橡胶包裹镓铟合金，就像往暖水袋里灌水一样，既能保持合金塑性，又能让它们抵抗生物体体液的腐蚀。 ”孔德圣说。
在一排排线路的终点，是一个圆形电极，电极的“内芯”是裸漏出来的镓铟合金，上面覆盖了一层碳纳米管复合材料。电极的表面则涂上一层微裂纹状的导电聚合物。
“导电聚合物可以降低电极界面阻抗，让电极与生物组织直接接触、收集信号，再经由镓铟合金电路直接传输到监测设备上。 ”孔德圣解读，为了让镓铟合金从橡胶“外套”中暴露出来，要用激光在精细的电路上钻孔，这对加工工艺的精细化要求很高。
碳纳米管复合材料的导电性有限，在传感器件中大量使用会导致信号模糊。对此，团队压缩复合导电材料的厚度，以减小电阻。
获得牛蛙和家兔的清晰心电图
制成传感器电极阵列后，镓铟合金是否还柔软、形态多变、高导电？“结果是让我们欣慰的。 ”孔德圣表示，团队通过电学、力学性能测试后发现，将电极阵列拉伸到原来长度的5倍时，单个电极的阻抗依然远低于1×104欧姆，在反复拉伸到原来两倍的长度达1万次后，传感电极阻抗仍保持稳定。
“生物组织、器官的表面不都是光滑的、规则的，所以传感器电极阵列要模拟器官在萎缩、膨胀时的多变和高频。 ”孔德圣解释。
随后，科研团队在南京大学教授宁兴海团队的协助下，用镓铟合金传感器电极阵列为牛蛙和家兔做心电检测。
牛蛙和家兔是两种心率差异较大的动物模型，牛蛙的心率约33次/分钟，家兔的心率约270次/分钟，非常适于探索电极的广泛适用性。同时，家兔的心电图结构与人类相似度较高，对潜在的临床研究具有较强的指示性。
团队用凝胶将电极阵列固定在它们的心脏表面，结果发现，在牛蛙和家兔体内获取的心电信号信噪比分别高达263和137 。
“信噪比越高，说明信号的清晰度越高，越有利于看到心电图微小的细节，便于医生诊断疾病。 ”孔德圣说，在测试过程中，团队还尝试用药物引发家兔心率失常，结果发现家兔心电图波形紊乱，心脏收缩的信号不稳定。但给家兔注入治疗剂后，家兔心率变缓，心跳逐渐恢复正常。
“高质量的心电信号获取，证明了镓铟合金传感电极阵列在心血管疾病的诊断和治疗方面具有巨大的应用前景。 ”孔德圣说，牛蛙和家兔的心电测试，虽然各自只持续了几个小时，但对于术间监测，表现出一定的应用潜力，未来也许可以考虑在脑监测仪、心脏起搏器等长期植入设备中添加液态金属部件。

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