《Materials Today Bio》：Source-Level Motion Artifact Suppression in Wearable Electrodes: From Underlying Mechanisms to Advanced Strategies
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运动伪影（Motion Artifacts, MAs）严重降低动态环境（如生理活动和身体运动）中采集的表面生物电位信号质量，极大阻碍其在健康监测与疾病诊断中的可靠应用。尽管已有多种后处理方法用于减轻运动伪影，但这些方法普遍存在信号失真、延迟及去除不完全等固有局
运动伪影（Motion Artifacts, MAs）严重降低动态环境（如生理活动和身体运动）中采集的表面生物电位信号质量，极大阻碍其在健康监测与疾病诊断中的可靠应用。尽管已有多种后处理方法用于减轻运动伪影，但这些方法普遍存在信号失真、延迟及去除不完全等固有局限，凸显了从源头抑制运动伪影的必要性。本综述深入解析了运动伪影的产生机制，系统总结了基于电极材料与结构创新的源头级运动伪影抑制策略，主要包括皮肤锚定策略、形变约束策略、应变不敏感策略与阻尼策略。这些策略通过稳定皮肤-电极界面并减轻机械干扰，显著减少了伪影的发生。研究人员进一步评估了各类策略的优势与挑战，并展望了实现无运动伪影生物电位动态记录的未来方向。本综述为面向动态应用场景的高性能电生理电极设计提供了清晰的框架与指引。
本研究发表于《Materials Today Bio》，聚焦于可穿戴电生理电极在动态环境下的运动伪影（Motion Artifacts, MAs）源头抑制问题。当前，电生理（Electrophysiological, EP）信号（如心电图 ECG、肌电图 EMG、眼电图 EOG、脑电图 EEG）的精准采集对临床诊断、人机交互及脑机接口至关重要，但其从受控临床场景向真实动态场景的转化受到运动伪影的严重制约。传统后处理算法因无法解决信号与伪影频段重叠导致的失真与延迟问题，难以满足实时长期监测需求。因此，研究人员Haizhou Huang等针对电极材料与结构设计展开综述，系统阐述了运动伪影在皮肤-电极界面的产生机制，并分类总结了四类源头抑制策略的核心原理与应用表现。该研究明确了界面阻抗不稳定、生物电位不稳定及摩擦是运动伪影的三大主因，指出通过稳定界面接触、隔离形变、维持导电稳定性及耗散机械能可实现高效伪影抑制。这一工作填补了现有综述在电生理电极专项伪影管理机制上的系统性空白，为开发抗运动干扰的可穿戴生物电子器件提供了重要的理论依据与设计范式。
在开展研究的过程中，研究人员采用了系统性文献分析与机制归纳的方法。通过对大量已发表工作的梳理，构建了从运动伪影产生机理到电极设计策略的完整逻辑框架。关键技术方法包括：基于皮肤-电极界面等效电路模型分析阻抗波动特性；结合生物电位生理学基础解析表皮电位变化机制；利用有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）模拟不同结构下的应变分布；并通过对比多种电极材料（如液态金属、水凝胶、碳基纳米复合材料）与微纳结构（如仿生微柱、岛桥结构、剪纸结构）在动态条件下的信号质量，综合评估了四类抑制策略的实际效能。
研究结果部分，研究人员首先界定了典型电生理信号的特性，指出ECG、sEMG、EOG及EEG信号幅值微弱（5 μV至10 mV）且低频成分与运动伪影频段（0.1–30 Hz）高度重叠，这是伪影难以分离的根本原因。随后，研究人员详细分析了运动伪影的三大来源：界面阻抗不稳定性源于接触面积、压力及汗液分布的变化，导致电极-皮肤阻抗动态波动；生物电位不稳定性由皮肤形变改变表皮损伤电流及双电层（Electrical Double Layer, EDL）电荷分布引起；摩擦则通过摩擦起电效应产生宽带噪声。针对上述机制，研究人员系统总结了四类源头抑制策略。皮肤锚定策略通过增强界面粘附力与共形贴合度（如使用 Gecko 微柱、章鱼吸盘仿生结构及超薄电子纹身 e-tattoo），减少电极与皮肤的相对滑移，从而稳定接触阻抗。形变约束策略利用应变隔离结构（Strain Isolators, SIL）或岛桥结构，物理隔离传感区域免受皮肤大形变影响，将电极感应区应变限制在极低水平（≤3%）。应变不敏感策略通过设计本征可拉伸导体（如多孔泡沫、木质素磺酸盐有机水凝胶）或几何结构设计（如蛇形、Kirigami 结构），确保电极在大幅变形下电阻保持稳定。阻尼策略利用粘弹性材料（如明胶-壳聚糖水凝胶、Janus 粘合水凝胶）或微孔结构，选择性耗散与运动相关的低频机械能量（0.1–30 Hz），阻断振动向界面的传递。最后，研究人员对比了各策略的适用场景，指出皮肤锚定适用于日常低强度活动，形变约束与应变不敏感更适用于高强度运动及大形变部位，而阻尼策略则在解决频段重叠型伪影方面具有不可替代性。
在讨论与结论部分，研究人员指出单一策略难以应对复杂的真实世界环境，未来发展方向在于多策略的协同集成。目前面临的主要挑战包括长期佩戴下皮肤生理变化（出汗、角质层再生）对界面的影响，以及线缆管理带来的额外伪影。研究人员强调，未来的电极设计应与前端电路进行协同优化，并结合人工智能算法实现自适应闭环控制。最终，通过材料、力学与智能算法的深度融合，下一代“无运动伪影”电极将能够实现动态环境下的可靠监测，推动可穿戴设备在临床诊断与个性化健康管理中的变革性应用。
