柔性无线磁闭合传感器(FWMCS)：面向实时生物医学应用的生物相容性创新器件

传统传感器在康复训练和术中监测中存在灵活性不足、刚性设计难以贴合动态变形区域、实时监测肌肉协调模式性能差等问题。为解决这些挑战，研究人员开发了基于电磁感应原理的柔性无线磁闭合传感器(FWMCS)。该器件结合磁扣设计，实现了无线操作、柔性适配和低成本制造，在关节康复训练和膀胱生理位移监测中表现出色，为个性化医疗和远程健康监测提供了创新技术方案。

　　

在康复医学和外科手术领域，传统传感器长期受限于有线连接、刚性结构和复杂操作等问题。康复患者需要实时监测关节活动度，但现有设备往往笨重且限制运动自由；外科医生在狭窄手术空间内操作时，有线传感器易造成缠绕风险。更关键的是，传统技术难以捕捉肌肉协同模式或器官动态变形，例如膀胱手术中无法同步监测逼尿肌与尿道括约肌的协调运动。

为解决这些痛点，国内研究团队开发了柔性无线磁闭合传感器(FWMCS)。该器件灵感来源于日常磁扣，通过立方体磁块(12×2×2 mm³)与弹性带的创新组合，将生物组织位移转化为电磁信号。采用60%Ecoflex/40%PDMS复合弹性带和NdFeB磁性颗粒，在保持45%材料梯度时实现最佳信号稳定性。研究证实其生物相容性——与HeLa细胞共培养48小时后增殖率无显著差异，细胞骨架染色显示EA.hy.926内皮细胞形态完整。该成果发表于《Sensors and Actuators Reports》。

关键技术包括：1)COMSOL模拟优化磁块几何形状与磁通量分布；2)滑动平台实验验证信号强度与动作时间的反比关系(V=?d?/dt=?S_coil·dB_n/dt)；3)离体膀胱实验通过盐水灌注模拟肌肉收缩/舒张；4)CCK-8法和活/死染色评估生物相容性。

【2.1 设计理念】
FWMCS由两个立方磁块和线圈构成，磁块通过弹性带连接目标组织。当组织相对运动时，磁块分离/吸引导致磁通量变化，经线圈捕获后转化为电流信号。在手指康复训练中，磁块附着状态对应关节屈曲角度，信号幅值反映运动速度。

【2.2 几何设计与性能优化】
通过COMSOL仿真比较三种磁块设计(12×2×2 mm³、5×5×2 mm³和2×12×2 mm³)，发现长条形磁块因接触面积大(24 mm²)产生最强信号。但高柔性材料(90%Ecoflex)会导致磁块变形，故选择45%梯度平衡性能。

【2.3 器件制备】
弹性带采用旋涂法制备，磁块通过模具浇注成型。疲劳测试显示器件在1240次循环后仍保持稳定，医用硅胶胶带确保组织贴合性。

【2.4 生物相容性】
CCK-8实验显示传感器材料组OD_450nm值与对照组无显著差异(P>0.05)，活/死染色中活细胞占比>95%。

【2.5 多场景应用】
在腕关节康复中，传感器成功捕捉屈/伸信号峰值；膀胱实验中，注入300mL生理盐水时磁块分离产生4mm位移信号，排尿至150mL时重新附着。

讨论指出，FWMCS突破了传统传感器有线、非模块化的局限，其创新性体现在：1)磁扣机制实现毫米级位移监测；2)无线设计避免术中感染风险；3)多传感器联用可分析肌肉协同效应。未来结合AI算法，有望用于痉挛性偏瘫患者的异常运动模式解析。

结论强调，该传感器为关节损伤和膀胱功能重建手术提供了全新监测工具。其轻量化(仅0.002g/cm²)和模块化特性特别适合家庭康复，45%材料梯度方案在信号强度与柔性间取得最优平衡。这项研究推动了柔性电子在精准医疗中的应用，为开发智能穿戴设备奠定基础。