人体运动监测在疾病早期筛查、康复评估、人机交互和智能机器人等领域具有重要意义。尤其在医学场景中，越来越多研究表明，运动模式与神经退行性疾病及肌肉骨骼疾病密切相关。例如，帕金森病常表现为震颤、运动迟缓和步态异常，而颈肩及上肢肌肉骨骼疾病则常伴随重复性、异常性或多方向运动失衡。因此，对运动频率、幅度和方向进行连续、实时、无创监测，是实现相关疾病早期识别与长期管理的重要前提。

目前，常见的可穿戴运动传感器多通过压力、电阻或电容变化来表征形变，虽然能够较好获取运动幅度信息，但通常难以同时解析运动方向，且这类系统往往依赖导线、刚性电路、外部供电或复杂算法，限制了长期佩戴的舒适性和真实场景中的应用便捷性。磁敏传感由于具备无线、无源响应和矢量场读取等优势，被认为是极具潜力的技术路线。然而，磁敏材料长期存在一个核心瓶颈：为了获得足够高且稳定的剩磁，通常需要高比例刚性磁性颗粒填充，这会显著提高材料模量、降低拉伸性并增加循环损耗，而过于柔软的体系又往往难以维持稳定高剩磁。

针对这一问题，西安交大张晓慧团队设计了一种水凝胶基永磁弹性体（hydrogel-based permanent magnetic elastomer, HPME）。该材料通过Nd³⁺/Fe³⁺配位和双网络交联策略，在保持类皮肤柔软力学性能的同时，实现了稳定高剩磁和优异环境稳定性，进而构建出一种可用于无线、无源、矢量化人体运动监测的新型平台。该系统能够将人体运动转化为三维磁场特征信号，并结合小型化三轴磁传感模块，实现对手部震颤、步态变化和颈椎多方向运动的实时识别，为神经肌肉疾病早期诊断、居家评估与康复管理提供了新的技术路径。

解决柔软性与高剩磁难以兼顾的材料矛盾。研究团队构建了Nd³⁺/Fe³⁺配位的双交联水凝胶网络，并利用高负载NdFeB颗粒表面金属离子参与网络构筑，在材料层面打破了“类皮肤柔软性—稳定高剩磁”之间的长期权衡。所得HPME具有约9.86 kPa的低杨氏模量、约732%的高拉伸性，以及62.5 emu g⁻¹、可稳定维持超过10天的剩磁水平，同时具备良好的细胞相容性与空气稳定性。

构建可同时解析运动幅度与方向的无线矢量运动监测系统。HPME在受振动、弯曲和扭转时可产生具有方向特征的三维磁场信号，外部三轴磁传感器可对其进行非接触读取，从而同步获得运动幅度与方向信息。与传统依赖复杂前端电路、附加偏置磁体或机器学习算法的方案相比，该平台以软材料本体作为核心响应单元，为大形变部位的无线矢量运动监测提供了更简洁、舒适且可扩展的技术路线。

实现面向神经肌肉疾病管理与姿势康复的多场景验证。研究人员将该系统应用于帕金森样震颤、步态异常、摆臂过程和颈椎四方向运动监测。结果表明，HPME能够稳定捕捉震颤频率和步态节律变化，并对颈部前屈、后伸、左扭和右扭产生清晰可分辨的矢量磁响应。结合蓝牙读出模块与手机界面，系统还可实现长期姿势监测、异常提醒和久坐预警，展现出居家监测与康复管理潜力。

Figure 1. 基于HPME的人体运动传感器的设计与工作原理。（A）HPME用于无线、无源运动感知的工作原理示意图。（B）接收模块及运动监测软件用户界面示例。（C）HPME结构示意图，展示水凝胶内部的聚合物网络结构。（D）功能层中的分子交联示意图，突出双网络中的Nd³⁺/Fe³⁺配位作用。（E）拉伸性和弹性恢复性能展示。（F）不同柔性磁性材料在拉伸性、杨氏模量、剩余磁化强度、生物相容性和可编程磁性方面的性能比较。

Figure 2. HPME的表征。（A）不同阿拉伯胶（GA）含量弹性体基底的应力–应变曲线。（B）弹性体基底的杨氏模量和韧性。（C）不同NdFeB负载量HPME的应力–应变曲线。（D）不同交联方式制备的弹性体的拉曼光谱。（E）HPME的杨氏模量和韧性随NdFeB负载量的变化。（F）不同NdFeB负载量HPME的循环拉伸应力–应变曲线。（G）不同负载量下、具有定向颗粒排列的HPME的磁滞回线。（H，I）HPME经平行磁化（H）和正弦磁化（I）后的表面磁场分布。（J）培养于HPME和培养皿对照上的肌细胞Live/Dead染色结果。（K）HPME在不同基底材料上的粘附性能。（L）LiCl增强空气稳定性的作用（比例尺，1 cm）：HPME在环境条件下放置10天后的照片。（M）LiCl对不同NdFeB负载量HPME保水性能的影响。

Figure 3. HPME作为振动传感器和应变传感器的性能。（A）HPME振动传感器示意图。（B）不同NdFeB负载量HPME中心面外磁场的衰减。（C，D）对受控振动幅值（C）和频率（D）的响应。（E）粘附HPME传感器的钢悬臂梁阻尼振动示意图。（F）对阻尼振动的实时磁场响应。（G）传感器信号的快速傅里叶变换（FFT），显示主导振动频率。（H）弯曲应变感知示意图（相对于霍尔传感器的z轴）及其模拟磁场分布。（I）弯曲应变下测得的磁场。（J）扭转应变感知示意图（绕y轴）及其模拟磁场分布。（K）扭转应变下测得的磁场。

Figure 4. 利用HPME监测早期帕金森样症状。（A）采用HPME贴片进行手部震颤监测的示意图。（B）模拟重度/轻度帕金森样震颤与健康对照的实时磁信号。（C）突出显示主导震颤频率的频谱图。（D）模拟帕金森病与健康对照前臂运动的实时监测。（E）书写过程中震颤监测示意图。（F）代表性书写样本：正常与模拟震颤。（G，H）健康个体书写诱导的实时磁场（G）及对应的FFT分析（H）。（I，J）模拟帕金森样震颤个体书写诱导的磁场（I）及FFT分析（J）。（K）模拟帕金森病与健康对照的实时步态监测。（L）步态信号的FFT分析。（M）模拟患者与健康对照步态监测中的步频和步幅。

Figure 5. HPME的矢量运动监测。（A）在上臂放置两个HPME贴片以追踪前后摆臂的概念示意图。（B）连续摆臂过程中的实时三轴磁场。（C）单次摆臂的特征性三轴信号，突出方向相关特征。（D）四个方向的颈部运动监测（每个方向重复10次）：上方示意图表示各运动对应的相对磁场方向；插图展示各单一方向的代表性信号。（E）日常伏案工作过程中记录到的实时颈部运动信号。（F）手机界面显示运动次数、长时间不对称姿势警报以及久坐预警。

该工作提出了一种面向神经肌肉疾病管理的超柔性可拉伸永磁弹性体无线矢量运动监测平台。通过材料设计，研究团队在同一体系内实现了类皮肤柔软性、超高拉伸性和稳定高剩磁的统一，使磁敏传感真正具备了在贴肤、大形变和日常动态场景中应用的基础。进一步结合模块化磁传感读出与移动端分析界面，该系统实现了从材料创新到应用验证的完整闭环。未来，随着读出模块进一步小型化、检测距离进一步提升以及多贴片协同与智能算法分析的加入，这类基于永磁弹性体的无线无源监测系统有望拓展到更广泛的人体运动健康评估、康复反馈和慢病长期管理场景，推动柔性磁敏材料在智能医疗与可穿戴健康监测中的深入应用。

该研究为面向神经肌肉疾病和肌肉骨骼健康管理的无线柔性监测提供了新的材料平台和系统思路。对于帕金森病等神经退行性疾病，HPME有望用于震颤、书写障碍和步态变化的长期、居家化评估，帮助实现更早期、更客观的病情识别与随访。对于颈肩腰背等常见肌肉骨骼问题，该系统则有潜力用于姿势监测、康复训练反馈和远程管理。从更广的角度看，这类以软磁材料本体为信号编码单元的技术路线，还可进一步拓展到多部位联合运动监测、康复机器人、人机交互以及面向智能医疗的可穿戴/可植入柔性器件中。其意义不仅在于提出了一种新材料，更在于证明了通过材料体系本身的结构设计，可以直接提升柔性传感系统的功能边界与真实应用可行性。

近日，该研究以《超柔可拉伸永磁弹性体实现无线矢量运动监测用于神经肌肉疾病管理》（Ultra-Soft and Stretchable Permanent Magnetic Elastomer Enables Wireless Vectorial Motion Monitoring Toward Neuromuscular Disorder Management）发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上，西安交通大学生命科学与技术学院张晓慧教授、西安交通大学电子学院刘明教授为该论文通讯作者，生命科学与技术学院毕业博士研究生张淇为本文第一作者（现为甘肃中医药大学医学信息工程学院副教授）。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

张晓慧，西安交通大学生命科学与技术学院教授，国家级青年人才，长期致力于柔性传感与健康监测、功能生物材料与组织损伤修复等相关领域研究。迄今已在Adv Funct Mater, ACS Nano, Chem Eng J, Biomaterials, Mater Horiz等国际知名学术期刊发表 SCI论文80余篇。