我们的目的是提供一份更新的、易于遵循的表肌电图电极制备与测试指南。为此，我们提供了材料采购的说明，以及电极制备和测试过程的详细操作步骤。
方法文章
低成本表肌电图电极的开发：一种简化的制备与测试工作流程
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
肌电图（EMG）是检测神经肌肉异常的一种重要诊断工具。在临床前模型中，通常使用可植入的肌表电极来记录EMG信号。尽管已有经典文献描述了肌表电极制作的基本原理，但将电极理论转化为实际操作的图示化信息仍较为匮乏。为此，我们提供了一份更新的、易于遵循的指南，介绍低成本肌表电极的制作与测试方法。
通过将两片铂铱合金箔折叠并插入预制的硅胶基底中，形成接触表面，从而制备电极。随后，将涂覆的不锈钢导线焊接至每个接触表面，形成电极引线。最后，使用硅胶混合物对电极进行密封。离体测试在盐水浴中进行，以比较我们自行制备的电极与工业标准电极的性能，结果显示在所有波形下均具有高度的信号一致性（正弦波[组内相关系数 - ICC = 0.993]，方波[ICC = 0.995]，三角波[ICC = 0.958]）和时间同步性（正弦波[r = 0.987]，方波[r = 0.990]，三角波[r = 0.931]）。此外，通过电化学阻抗谱测得电极阻抗水平较低。
还进行了体内性能评估，将定制电极手术植入大鼠股外侧肌，并在上坡和下坡行走期间采集信号。与预期一致，下坡行走时的峰值肌电活动（0.008 ± 0.005 mV）显著低于上坡行走时（0.031 ± 0.180 mV，p = 0.005），支持了该装置的有效性。该装置的可靠性和生物相容性也得到了验证：植入后14天和56天在水平行走过程中信号保持稳定（分别为0.01 ± 0.007 mV 和 0.012 ± 0.007 mV；p > 0.05），且组织学检查未发现炎症反应。综上，我们提供了一套更新的低成本肌外膜电极制备与测试工作流程。
引言
肌电图（EMG）是一种研究肌肉电活动的强大工具。在临床前动物模型中，EMG记录特别有助于评估治疗神经肌肉功能障碍干预措施的有效性。在这些模型中，通常使用可植入的生物相容性电极来评估运动神经元与肌纤维之间的神经生理界面。这些可植入电极能够提供肌肉兴奋的局部测量结果，其构型、形状和材料具有多样性，最佳设计最终取决于植入位置和预期用途。
尽管表肌电极适用于评估临床前模型中的肌肉兴奋性，但其应用可能受到成本的限制。因此，许多研究人员选择在实验室内自行制备定制的表肌电极。虽然目前已有一些资源详细介绍了电极制备、测试和使用的基本要点1,2，但仍缺乏一份采用现代方法详细介绍表肌电极材料获取、制备及验证的更新版操作指南。本研究基于Loeb和Gans3及其他学者在电极理论方面的奠基性工作，提供了关于低成本表肌电极材料获取与制备的现代操作说明，并通过一系列离体（ex vivo）和在体（in vivo）实验对其性能进行了测试。本指南旨在为科学界其他研究人员提供一种简便易行的方法，用于获取材料、制备和测试适用于动物实验的低成本自制表肌电极，从而推动在临床前模型中更广泛地量化肌肉兴奋性。
在本方案中，我们提供了现代电生理学实验室中用于动物实验的表肌膜电极的采购、制作与测试的指导说明。在电极制作过程中所选择的参数，如形状、尺寸、触点表面积、电极间距离、导线长度等，均根据我们的实验需求进行设定，并与一种 commercially available 行业标准表肌膜电极相类似（参见材料表）。我们鼓励其他研究团队根据自身实验需求调整这些参数，同时选择符合其具体应用需求的可靠行业标准电极。
为了使读者能够快速了解电极的性能，我们还提供了一个离体（ex vivo）测试方案示例，并可选择测量电极阻抗。此外，我们还给出了一个在体（in vivo）条件下评估电极性能的示例。离体实验通过在盐水浴中将自制电极与行业标准电极进行比较，以模拟稳定的生理环境。同时，采用电化学阻抗谱法（EIS）在离体条件下评估阻抗。在体实验包括将自制电极外科植入一只16周龄雌性Long Evans大鼠（HsdBlu: LE, Envigo）的股外侧肌（vastus lateralis, VL），在已知可诱发强或弱信号的条件下（如上坡、下坡行走）记录肌电（EMG）信号。为评估自制电极的可靠性，在手术完全恢复后、处死前的水平行走过程中采集EMG信号（分别在植入后14天和56天）。对植入电极的肌肉组织进行苏木精-伊红（H&E）染色，以评估自制电极的生物相容性。
方案
体内实验是在密歇根大学机构动物护理与使用委员会（IACUC 批准号 #PRO00010765）的批准下，并依照美国国立卫生研究院关于实验动物护理和使用的指南进行的。
1. 电极的获取与制备
注意：图1 概括了所有关键制备步骤的概览，并附有二维码链接，提供额外的可视化操作指南。
- 直接从制造商处批量采购生物相容性电极材料用于制作。参见材料表，其中包含所有电极组件及采购详情。
注意：确保硅胶基底、硅胶密封剂和铂铱接触箔片具有生物相容性，以避免引发不良免疫反应，并支持长期植入。为体现自行制备在经济上的优势，本文提供了定制化肌外膜电极与行业标准产品之间的详细成本分析（材料表）。 - 准备切割与折叠夹具（补充文件1，补充文件2）。使用选定的3D打印软件设计用于批量生产一致肌外膜电极的切割和折叠夹具。
- 设计切割夹具，以确保硅胶基底上的穿孔尺寸和间距一致，从而使所有电极具有相同的接触表面积和电极间距离。
- 创建折叠夹具，用于折叠铂铱接触面，并简化将箔片置入硅胶基底的过程。
注意：已提供G代码文件；可根据实验需求修改切割和折叠夹具的尺寸与规格。
- 对硅胶基底进行穿孔。将硅胶基底放置在切割夹具上并用胶带固定。使用切割夹具中的导向结构，借助X-acto刀在硅胶上穿孔，以便后续安置接触箔片。
- 将箔片插入硅胶基底以形成接触面。使用折叠夹具将生物相容性预切铂铱接触箔片（1.25 mm × 5 mm）折叠成U形。接着，将折叠后箔片的两臂引导插入硅胶基底的穿孔槽中，构建电极的接触面。以此方式将全部12个箔片插入硅胶基底；电极之间保留一列空白，以确保适当的间距。
注意：此配置可制备6个双极肌外膜电极；如需扩大容量，可修改切割夹具设计。 - 从切割夹具中取出硅胶基底。在接触面上覆盖一片外科胶带以固定箔片位置。随后将硅胶基底从切割夹具中取出，翻转使其U形箔片的臂部暴露，然后将其中一个臂部平整地折叠贴合至硅胶基底表面。
- 连接电极导线。将一段全氟烷氧基（PFA）涂层不锈钢导线剪裁至所需长度。接着使用市售打火机将不锈钢导线一端去绝缘约1 cm。将去绝缘端置于箔片未折叠臂的内侧，使用微型TIG焊机将不锈钢导线焊接至箔片臂上（脉冲宽度 = 0，焊接能量 = 25）。
- 检查导线-箔片接口。通过拉伸不锈钢导线测试导线与箔片的连接强度。若连接牢固，则将箔片臂平整折叠贴合至硅胶基底，并移除围绕硅胶片的胶带。
注意：施加的拉力应代表该电极在特定应用场景中可能承受的实际拉力。 - 密封电极。为获得更稀薄的稠度，将1 g生物相容性液态硅胶与0.75 mL甲苯混合。使用18 G钝头注射器吸取混合液，并将其涂布于每个电极的焊接面，以密封电极背面。
警告：甲苯易燃，吞咽或吸入可致死，并可能引起皮肤刺激。操作时应在通风橱内进行，并远离明火。 - 将整批材料分割为单个电极。待硅胶-甲苯混合物固化72小时后再进行操作。随后使用剪刀将硅胶基底切割为尺寸为10 mm × 5 mm的单个电极。
注意：电极尺寸取决于切割夹具的设计及具体应用需求。可对电极进行高压灭菌和/或在超声波清洗仪中清洁。
图1．电极制备步骤。（A）在硅胶基底上打孔。（B）使用折叠夹具制成U形金属箔。（C）将U形金属箔插入打孔后的硅胶基底中。（D）硅胶基底包含12个金属箔，用于形成6个双极电极。（E）在基底上贴上医用胶带，以固定金属箔，便于从切割夹具中取出。（F）将硅胶基底从切割夹具中取出。（G）剥除PFA涂层的不锈钢导线裸露部分，并使用微型TIG焊机将其焊接至竖直的金属箔臂上。（H）对齐裸露导线，涂覆硅胶-甲苯密封剂，并静置固化。（I）将硅胶基底分割为单个电极，并在超声波清洗仪中清洗。请点击此处查看该图的放大版本。
2. 离体 测试
- 将电极连接至记录设备。将每个电极的导线固定在电极接口板（EIB）的对应通道上。选择一种行业标准电极作为对照，重复此步骤（使用同一EIB）。通过磁性系缆系统将EIB连接至数据采集平台。
注意：行业标准电极可为任何被认为可靠且符合实验需求的电极。 - 对接口板进行接地。剥离一段聚四氟乙烯（PFA）涂层不锈钢丝的一端，并点焊至接地源（例如不锈钢螺钉）。将接地导线插入同一电极接口板上标示为“接地”的指定位置。
- 准备盐水浴。取一个250 mL玻璃烧杯，加入180 mL生理盐水溶液（0.9%无菌盐水溶液）4。将自制的和行业标准的肌外膜电极浸入盐水浴中，并固定于稳定位置。随后，将接地源也浸入盐水浴中并固定其位置。最后，将两个刺激用针状电极浸入盐水浴中并固定，同时将刺激电极连接至信号发生器。
- 使用信号发生器评估信号一致性与时间同步性。通过刺激电极，利用信号发生器向盐水浴中输入设定电压和频率（0.1 V和5 Hz）的重复波形（图2）。输入不同类型的波形（正弦波、方波和三角波），以比较自制肌外膜电极与行业标准电极所记录信号之间的差异。
- 实时进行非正式且直观的性能评估，判断两电极间信号的差异程度。采用组内相关系数（ICC）和皮尔逊相关系数分别评估信号一致性和时间同步性。
注意：在本研究分析中，以4,000 Hz采样率采集8,000个样本，并使用巴特沃斯高通和低通滤波器进行实时滤波（高通截止频率=75 Hz；低通截止频率=2 kHz）。 - 测量电极阻抗。为测量电极阻抗，使用恒电位仪按照Richie等 et al.6所述方法，在10 Hz至31 kHz频率范围内对自制电极（例如10个电极）进行电化学阻抗谱（EIS）测量5。有关双极电极阻抗测量的更多信息，请参见Sarolic等人的研究7。
- 根据Richie等人的方法，将肌外膜电极浸入1×磷酸盐缓冲液（PBS）中1 mm深度。使用银-氯化银（Ag|AgCl）参比电极和不锈钢棒作为对电极，构成完整电路。
- 使用烧杯夹将Ag|AgCl参比电极和不锈钢棒悬置于1×PBS溶液中。将参比电极连接至所用阻抗系统的参比端口，将对电极连接至该阻抗系统的对电极输入端口。
- 使用恒电位仪进行1 kHz阻抗扫描。设置扫描频率为1 kHz，交流电压幅值为0.01 Vrms ，采用单正弦波形。在扫描开始的前5秒内，将恒电位仪设为0 V，以稳定记录信号。使用与恒电位仪配套的软件记录测量数据。
图 2：离体测试：盐水浴中包含自制电极、工业标准电极、两个刺激电极以及接地源。通过信号发生器向盐水浴中输入正弦波、方波和三角波，并使用数据采集平台记录各电极检测到的波形，以评估信号一致性与时间同步性。注意：图中未显示电化学阻抗谱。 请点击此处查看该图的放大版本。
3. 体内 测试
注意： 体内 测试程序描述了我们的实验应用场景。建议对定制制造的肌外膜电极进行测试 体内 以符合用户预期实验条件的方式。
- 查阅手术相关信息；可参考以下资源中关于学习慢性神经记录电极植入过程的外科医生所提供的信息8,9。
注意：由于本文的重点在于电极的制备与测试，此处仅简要概述本实验室用于体内电极测试的手术技术。 - 选择一只待植入电极的大鼠（例如，16周龄的雌性Long Evans大鼠）。在进行跑台适应前，让大鼠先在实验室环境中适应1周。完成实验室适应后，逐步将大鼠暴露于啮齿类动物跑台，速度逐渐增加至16 m/min。
- 通过将自制的肌外膜电极的每个电极引线插入EIB上的对应通道，完成EIB的准备。为实现EIB接地，剥除一段PFA涂层不锈钢导线的一端，并点焊至选定的接地点（例如，不锈钢螺钉）。随后，将接地导线插入EIB上指定的“接地”位置。
注意：为保护电极在植入过程中的完整性，可用保护性材料（如Parafilm）包裹电极。 - 手术开始前，对所有手术器械及手术区域进行消毒。使用密封的无菌手术用品，并对未处于无菌包装中的所有器械进行高压灭菌。使用手术巾建立无菌手术区域。
- 使用含3-5%异氟烷和1 L/min氧气的诱导室对动物进行麻醉，并通过鼻罩以2%异氟烷和500 mL/min氧气维持麻醉状态，同时准备大鼠。当通过脚趾夹捏测试确认达到手术麻醉深度后，涂抹眼膏，监测呼吸频率（70-110次/分钟），并使用直肠探头评估核心体温。
- 随后，使用动物专用剪刀剃除手术部位毛发，并清除手术区域的碎屑。剃毛完成后，使用氯己定、异丙醇和聚维酮碘从手术区域中心向外周擦拭，进行手术部位消毒。根据批准方案适时给予镇痛药，并提供加热以维持核心体温（37.5-38.5 °C）。完成准备后，将大鼠固定于立体定位仪中，并建立无菌区域。
- 外科医生应进行充分的术前准备：使用肥皂和/或消毒剂（如氯己定）彻底洗手。穿戴适当的个人防护装备（PPE）：口罩、无菌手套和一次性手术服/刷手衣。若无菌操作过程因任何原因被破坏，应更换新的无菌手套。
- 为植入右侧股外侧肌（VL），使用手术刀在右侧后肢的前外侧区域做3-5 cm切口，并采用钝性分离法识别VL肌肉。
- 沿冠状缝在颅骨上做一条1 cm的矢状面切口，暴露颅骨。使用细镊子从右侧后肢至颅底建立皮下隧道。用镊子夹住电极，将其引导至VL肌肉处。
- 使用骨钻在颅骨上钻孔（确保钻头规格与接地螺钉匹配）。固定接地螺钉，并使用牙科水泥将EIB固定于颅骨上。
注意：可局部应用少量过氧化氢以增加颅骨孔隙度，增强牙科水泥的粘附性。 - 确认VL肌肉位置后，沿肌纤维方向植入自制的肌外膜电极，使用4-0不可吸收单丝缝线固定。使用伤口夹或缝合方式关闭切口。
- 缝合完成后，将动物从麻醉状态中移出，并单独饲养于清洁、干燥的动物笼中。让大鼠在加热垫上恢复，并每15分钟监测一次体温和呼吸频率，直至其能够自主活动。在术后数天内给予批准的镇痛药物以控制术后疼痛。
注意：大鼠需单独饲养直至完全恢复。 - 术后14天，进行体内电极测试，以评估自制肌外膜电极捕捉肌肉活动生理变化的有效性。将植入电极的大鼠置于啮齿类跑台上，随机暴露于上坡和下坡行走条件，以诱发VL肌电（EMG）信号的增强或减弱（坡度为16°上坡和16°下坡，速度为16米/分钟）。采集纵向数据（例如，术后14天和56天），以确保电极信号的长期可靠性。
注意：选择14天和56天作为评估时间点，是因为14天足以完成手术恢复，而56天超过了我们的实验周期。我们建议其他研究者在使用前，根据其自身的实验周期选择相应的时间框架来测试电极性能与可靠性。速度（16 m/min）和行走条件（16°上坡，16°下坡）的选择是为了匹配该模型中已建立的VL兴奋性增强和减弱的实验条件10。 - 根据实验需求调整数据采集参数。使用数据采集平台以2,000 Hz的采样率记录行走过程中的EMG信号，并与运动捕捉系统同步。
注意：若使用其他采集设备，应根据制造商说明并结合实验需求采集EMG和运动捕捉数据。 - 从每种行走条件下提取25秒的步态数据，并导出至自定义的Python脚本进行进一步信号处理与分析。对信号进行基线校正（归零）、整流，并采用均方根算法（RMS）进行平滑处理，时间窗宽度为50 ms。应用峰值检测算法，提取RMS-EMG峰值，用于后续数据分析。
注意：我们仅简要描述了EMG数据的预处理与分析方法，因为该步骤在不同编程语言、EMG采集软件和硬件条件下差异较大。我们建议作者参考以下资源以获取更多信息3,11,12,13。
4. 生物相容性测试
- 在纵向肌电图（EMG）数据采集结束之后（或在选定的时间点），采用适当且经批准的方法处死大鼠（例如，使用CO2窒息法，随后行双侧开胸术）。
- 处死后，通过在左右后肢外侧前部做切口，取出双侧股外侧肌（VL）。将组织在液氮中速冻，并于-80 °C保存。
注意：在取材过程中需注意保持电极在植入肌肉（例如右侧VL）上的位置不变。或者，可标记电极下方区域，或仅取电极下方区域的肌肉组织。此要求不适用于对侧/对照侧肌肉。 - 使用冷冻切片机从电极-筋膜界面正下方区域切取连续的肌肉横切片（7 µm）。同时从对侧VL肌肉腹部切取切片作为对照。有关冷冻切片的详细步骤，参见Kumar等人的研究14。
- 使用苏木精和伊红（H&E）染色；有关骨骼肌横切面H&E染色的具体方法，参见Wang等人的研究15。
- 在20倍光学显微镜下观察染色切片（实验侧和对照侧），对样本来源设盲分析组织学变化。根据以下病理特征评估组织健康状况：免疫细胞浸润、肌核内移、纤维化形成以及肌膜断裂。
5. 推荐的统计分析方法
- 为了评估定制制造的肌外膜电极与行业标准相比的性能，导入 离体 将数据导入选定的统计软件包。对数据应用以下统计检验方法： 离体 从定制电极和工业标准电极采集的数据（例如，来自正弦波、三角波和方波的 8,000 个代表性样本）。设定 alpha 水准 先验的 在 p ≤ 0.05.
- 为检验电极间信号一致性的水平，采用组内相关系数（ICC）和Bland-Altman图进行分析。基于单次评分（k = 2）、绝对一致性、双向随机效应模型，计算ICC估计值及其95%置信区间。.
- 为检验波形记录随时间变化的共变程度（即时间同步性），对使用自行研制电极和工业标准电极采集的数值进行皮尔逊相关性分析。
- 比较选定的自制电极（例如10个电极）两种接触表面的平均电极阻抗（在1 kHz下测得）与工业标准电极的阻抗。
注意：电极阻抗值会因电极制备过程中所使用的具体应用场景和材料不同而有所差异。
- 为了评估质量 体内 记录，将跑步机行走期间采集的数据导入选定的统计软件包。
- 为了评估定制电极在使用过程中的有效性 在体 测试（通过上坡和下坡行走干扰大鼠步态，以诱导肌肉活动的生理变化），进行Welch's t采用t检验比较上坡与下坡行走条件下峰值均值的差异。
注意：出于篇幅考虑，本文未展示某些额外的测试与分析（例如信噪比（SNR）评估；参见Delysys《肌电图信号采集的基本概念》），但建议读者根据需要进行相应补充。16. - 为评估电极信号在长时间内的可靠性，需通过配对方法分析在一致条件下（植入后14天和56天，以16 m/min速度水平行走）采集的纵向数据 t检测
- 为了评估定制电极在使用过程中的有效性 在体 测试（通过上坡和下坡行走干扰大鼠步态，以诱导肌肉活动的生理变化），进行Welch's t采用t检验比较上坡与下坡行走条件下峰值均值的差异。
结果
离体性能
组内相关系数（ICC）显示，定制电极与工业标准电极在所有波形下均表现出高度一致性（正弦波 [ICC = 0.993]，方波 [ICC = 0.995]，三角波 [ICC = 0.958]；p < .001）。Bland-Altman 图同样显示两种电极之间的信号具有高度一致性。Bland-Altman 图与 Pearson 相关性分析结果汇总于图3，表明定制电极与工业标准电极之间存在强烈的正相关性。Pearson 相关性分析显示，定制电极与工业标准电极在所有波形下均具有较高的时间同步性（正弦波 [r = 0.987]，方波 [r = 0.990]，三角波 [r = 0.931]）。
图 3：离体测试结果。 自制电极与工业标准电极在 0.1 V 和 5 Hz 条件下对重复的（A）正弦波、（D）方波和（G）三角波所采集的原始数据。（B, E, H）自制电极与 MicroProbe 电极对相应波形 8,000 个样本的电压测量值之间的相关性。（C, F, I）Bland-Altman 图，用于评估自制电极与 MicroProbe 电极在相应波形平均值上的百分比差异。请点击此处查看此图的放大版本。
一个定制制造的肌外膜电极的代表性阻抗谱如图所示 图4尽管阻抗测量数据的采集范围为10 Hz至31 kHz，但结果以1 kHz时的数据进行报告，因为该频率与肌电图（EMG）信号采集具有相关性。工业标准（参考电极）的阻抗为2 kΩ。作为对比，10个自行制备的肌外膜电极在1 kHz时的平均阻抗分别为：接触面1为3.61 ± 7.95 kΩ，接触面2为1.63 ± 1.59 kΩ。
图 4：阻抗。 波特幅值图显示了一个典型自制表层肌电极在约 1 kHz 时的阻抗值（单位：欧姆，Ω）。通道 1 和通道 2 分别对应接触面 1 和接触面 2。请点击此处查看该图的放大版本。
体内性能（补充视频 S1）
定制电极有效捕捉了在不同跑步机行走条件下股外侧肌（VL）肌电（EMG）活动所诱发的生理波动。值得注意的是，下坡行走时的平均峰值 EMG 活动（0.008 ± 0.005 mV）显著低于上坡行走时（0.031 ± 0.180 mV，p = 0.005），这与先前的研究结果一致10。此外，配对t-检验显示，术后14天的峰值 EMG 振幅（0.01 ± 0.007 mV）与术后56天（0.012 ± 0.007 mV，p > 0.05）相比无显著差异，表明该器件具有长期可靠性（图5）。在相同记录条件下出现显著不同的 EMG 幅值，可能提示电极受损或失效。
图5：体内电极可靠性。在器械植入后14天（T14）和56天（T56），受试者以恒定速度（16 m/min）在跑步机上行走时股外侧肌的峰值肌电振幅（mV）的Tukey箱线图。缩写：EMG = 肌电图；ns = 无显著性差异。请点击此处查看该图的放大版本。
生物相容性
H&E显示对照肌肉中无炎症迹象图6，左侧面板）相对于被检测肌肉（图6，右侧面板）。这包括在对照组或经处理的肌肉横截面之间，未发现免疫细胞浸润、肌内核聚集、纤维化和/或肌膜碎片化的明确证据。
图6：生物相容性。 经苏木精-伊红染色（40倍放大）的对照组（左）与植入组（右）股外侧肌组织学比较。比例尺 = 100 µm。请点击此处查看该图的高清版本。
补充文件 1：Catch_tray.gcode。 收集托盘的 3D 打印模板，设计为折叠夹具的一部分，用于接收来自折叠夹具的折叠箔片。请点击此处下载该文件。
补充文件 2：Cutting_jig.gcode。 切割夹具的 3D 打印模板，其中包含等距分布的槽口，用于一致地穿孔硅胶基底。该切割夹具设计用于放置二十片金属箔，以形成十个双极表肌电极。然而，目前我们使用该切割夹具批量制作六个双极电极，因为我们建议在电极之间留出间隙。请点击此处下载此文件。
补充文件 3：Folding_jig.gcode。 折叠夹具的 3D 打印模板，可用于更方便地将铂铱箔折叠成所需的 U 形。如有需要，也可手动折叠箔片。请点击此处下载该文件。
补充视频 S1：体内测试。 使用定制的肌外膜 EMG 电极，在电动跑步机上以 16 m/min 的速度进行下坡行走（-16°）时，股外侧肌（VL）的肌电图（EMG）信号记录。请点击此处下载该文件。
讨论
我们的目标是简化肌电图（EMG）电极的制备流程，推动表肌电极设计的广泛应用与实施，从而提升可及性，并促进神经肌肉系统研究的发展。为此，我们提供了一份用户友好的指南，用于在实验室内自主采购、制备和测试低成本的表肌电极。为了支持其他研究团队，我们还提供了补充的3D打印模板，以协助各研究机构自主生产适用于其研究工作的表肌电极。
研究人员在考虑采用这些制备技术时，应考虑以下几点：1）本工作流程中指定的电极参数（形状、尺寸、接触表面积、电极间距离、引线长度等）是为适应我们的实验模型而选定的，针对不同的应用需求需进行相应调整；2）将引线焊接至接触箔片是关键步骤，需要经过练习才能成功操作；调整焊接过程中的脉冲宽度和焊接能量可提高成功率；3）必须对引线施加张力，并在焊接后评估界面性能，以检验引线与接触表面之间的连接质量；4）最后的制备步骤是使用硅胶对电极进行涂层和密封，这一过程看似简单，但对电极的最佳性能至关重要。硅胶涂层应尽量薄且相对光滑，以防止植入时对皮肤组织造成刺激；但涂层过薄可能会影响电极性能。建议研究人员根据自身具体需求调整硅胶与甲苯的比例，以获得坚固、薄且光滑的硅胶密封层。
在评估电极性能时，其他研究者应注意以下几点：1）我们提供了一个体内评估的示例，但我们鼓励读者采用能够模拟其自行制备的肌外膜电极预期使用场景的体内测试流程；2）我们的体内测试方案在空间上不允许同时植入自行制备的电极与行业标准电极，因此无法在体内测量电极之间的信号一致性，故未对此进行评估；3）此外，我们的体内测试配置不允许在植入后评估电极阻抗；4）需要特别注意的是，由于实验需求，我们的数据是在相对较低的电压水平（<1 V）下进行离体测试的。因此，考虑采用这些电极的研究人员可能需要在更高电压下验证其有效性。这些是在测试自行制备的肌外膜电极时其他研究者可能需要考虑的因素。
先前的研究已强调，多通道和高密度记录电极在更准确解码运动神经元活动方面具有潜力17,18,19,20。我们鼓励有兴趣开发和使用多通道表肌电极的研究者利用并拓展我们在此提供的教学资源。除了作为记录电极外，表肌电极还常用于神经刺激中的刺激电极21,22,23以及假体控制实验24,25。对于希望将表肌电极用于上述用途的研究者，我们鼓励其在本研究基础上进一步探索，并测试自行定制的表肌电极的刺激能力。
总体而言，肌肉电活动的量化对于理解多种病理机制及潜在治疗方案的有效性至关重要。本更新的工作流程提供了一种简便的方法，用于在实验室内制备经济高效的表肌膜电极，可可靠地量化这一重要的肌肉骨骼健康指标。我们希望该方法能够为其他研究团队提供模板，以制备和测试其自行设计的表肌膜电极。
披露
作者声明，他们不存在任何已知的相互竞争的经济利益或可能被认为影响本文所报告工作的个人关系。
致谢
本工作由关节炎与肌肉骨骼及皮肤病研究所资助，资助号为 R01AR081235（授予 L. K. Lepley）。作者感谢以下人员在生物相容性电极的制备与测试过程中所做出的贡献：Joel Pingel、Grant Gueller、Akhil Ramesh、Joe Letner、Jacky Tian 和 Ross Brancati。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 电极材料 | |||
| 数量 & 每个电极的价格 | |||
| 接触面 | Prince 和 Izant PT90/IR10 1.25 mm × 5 mm 箔片 | 目录号 #1040055 | 每电极2个 每片7.50美元 每个电极15.00美元 |
| PFA 包被的不锈钢电极引线 | A-M Systems 多股 PFA 包被不锈钢丝 50.8 µm 丝径 | 目录号 #793500 | 根据所需的导线长度而定（例如，9 英寸导线 × 2） 每25英尺线轴128美元 每英尺5.12美元 每英寸0.42美元（x18） 每枚电极 7.68 美元 |
| 折叠夹具 | 3D打印 （参见 .gcode 文件） | NA | NA |
| 电极本体密封剂 | Nusil Med-1137 液态硅胶 | 目录号 #MED-1137 | 1 克 344.66美元/2盎司（59.15 mL） 每个电极5.83美元 |
| 硅胶基底 | Implantech Alliedsil 硅胶片 - 增强型，长期可植入（8” × 6”0.007 英寸厚 | 目录号 #701-07 | 10 mm × 5 mm 片材 8 x 6 英寸每片 225.00 美元 每枚电极0.36美元（10 mm × 5 mm） |
| 密封剂混合物稀释剂 | 甲苯 99.5% ACS 级试剂 500 mL 或二甲苯 ACS 级 99.5% | 目录号 #179418-500 ML | 0.75 mL 500 mL 25.53 美元 每枚电极0.38美元 |
| 硅胶基底打孔模板 | 切割夹具 – 3D打印 （参见CAD文件） | NA | NA |
| 定制电极： $29.25 | |||
| 行业标准电极（EP105 EMG贴片电极，2个触点，单面，7 mm × 4 mm，MicroProbe for Life Science）：305.00美元 | |||
| 附加制备材料 | |||
| 数量 & 每个电极的价格 | |||
| 3D打印软件 | Solidworks (Solidworks, 2022) | ||
| 微型Tig焊机 | 微型Tig焊机（CD1000SPM，单脉冲研究与轻型生产电阻点焊机，Sunstone） | SKU 301010 | $3,500 |
| 超声波清洗机 | 超声波清洗机（CPX系列超声波清洗机，Fisherbrand） | 15-337-403 | NA |
| 体外测试材料 | |||
| 数量 & 每个电极的价格 | |||
| 数据采集平台与软件 | DigitalLynx 4sX Base Cheetah 版本 6.0（Neuralynx 公司） | NA | 肌电图采集硬件与软件 |
| 电极接口板（EIB） | EIB，EIB16-QC，Neuralynx 公司 | 31-0603-0007 | NA |
| 信号发生器 | 5 MHz函数发生器，B&K 精度 | 4005DDS220V | $387.46 |
| 恒电位仪 | PGSTAT1 电化学工作站（EcoChemie，荷兰乌得勒支） | 无可用内容 | NA |
| 不锈钢螺钉 | Fine Science Tools | 19010-00 | $98 |
| 体外测试材料 | |||
| 数量 & 每个电极的价格 | |||
| 啮齿类动物跑台 | Exer 3/6 开放式跑步机，Columbus Instruments | NA | NA |
| 牙科水泥 | Excel 公式® 可浇注牙科材料，St. George Technology Inc. | #24211 | $125.60 |
| 光学显微镜 | Keyence BZ-X800，Keyence Corporation，大阪，日本 | NA | NA |
| 运动捕捉系统 | Optitrack 彩色相机，Optitrack，NaturalPoint 公司 | NA | NA |
| 峰值检测算法 | “SciPy.signal.find_peaks - SciPy v1.8.1 手册”, 2022 | NA | NA |
| Python 软件 | Python 软件基金会。Python 语言参考，版本 3.9。可从 http://www.python.org 获取 | 无可用内容 | NA |
| 大鼠 | HsdBlu：LE，Envigo | 140 | NA |
| 统计软件 | GraphPad Prism 版本 10.0.0（GraphPad Software，美国马萨诸塞州波士顿） | NA | NA |
参考文献
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