隨著醫(yī)療電磁設(shè)備廣泛應(yīng)用，醫(yī)護(hù)人員面臨從低頻到超高頻的廣譜電磁輻射暴露風(fēng)險，傳統(tǒng)電磁屏蔽材料存在帶寬窄、導(dǎo)電與磁導(dǎo)率難以兼顧、穿戴舒適性差等瓶頸。近日，西北工業(yè)大學(xué)陳強(qiáng)教授團(tuán)隊聯(lián)合意大利帕多瓦大學(xué)、美國賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊發(fā)表突破性成果，研發(fā)出FeNiMo@PDA@Ag 核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合可穿戴織物，通過分區(qū)頻率設(shè)計+雙重?zé)崽幚聿呗裕黄茖?dǎo)電-磁導(dǎo)率權(quán)衡限制，實現(xiàn) 100 kHz–3 GHz 超寬頻高效電磁屏蔽（100 kHz 處屏蔽效能達(dá) 99.9 dB），并首次通過體外細(xì)胞實驗證實該織物可抵御電磁輻射導(dǎo)致的神經(jīng)元損傷，兼具柔性、耐洗、抗菌、透氣等臨床適配特性，為醫(yī)療場景下醫(yī)護(hù)人員電磁防護(hù)提供全新解決方案。
2026年3月23日，相關(guān)工作以Wearable fabrics against ultra-broadband electromagnetic interference為題發(fā)表在國際頂級材料期刊Matter上。
圖1. 設(shè)計思路及微觀結(jié)構(gòu)。 （A）FNMPA-X/fabric復(fù)合材料的制備過程及均勻化/再結(jié)晶退火策略示意圖。（B）FNMPA截面照片及EDX元素分布。（C-E）局部放大TEM圖像及SAED圖譜。
醫(yī)療電磁環(huán)境覆蓋低頻（kHz）到超高頻（GHz）全頻段，傳統(tǒng)屏蔽材料因?qū)щ娕c磁導(dǎo)率相互制約，難以同時實現(xiàn)寬頻高效防護(hù)，且厚重僵硬無法滿足穿戴需求。針對這一核心痛點，研究團(tuán)隊提出頻率分區(qū)電磁防護(hù)全新設(shè)計理念，構(gòu)建FeNiMo@PDA@Ag（FNMPA）核殼復(fù)合體系：以高磁導(dǎo)率 FeNiMo 超坡莫合金為磁核，負(fù)責(zé)低頻電磁吸收與磁分流；以高導(dǎo)電銀為外殼，承擔(dān)高頻電磁波反射；中間聚多巴胺（PDA）層作為界面橋接，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與界面極化能力。
為進(jìn)一步破解導(dǎo)電 - 磁導(dǎo)率相互制約的行業(yè)難題，團(tuán)隊獨創(chuàng)均質(zhì)化 + 再結(jié)晶雙重?zé)崽幚砉に?/span>：低溫均質(zhì)化退火使銀納米顆粒燒結(jié)形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，消除界面電荷積累，大幅降低電子遷移阻力；高溫再結(jié)晶退火優(yōu)化 FeNiMo 磁核微觀結(jié)構(gòu)，釋放殘余應(yīng)力、細(xì)化磁疇，顯著提升磁導(dǎo)率。這種 “電、磁通路獨立優(yōu)化” 的設(shè)計，讓材料在保持高導(dǎo)電的同時實現(xiàn)優(yōu)異磁性能，從原理上突破傳統(tǒng)復(fù)合材料的性能天花板。制備過程中，團(tuán)隊將優(yōu)化后的 FNMPA-400 復(fù)合顆粒與水性聚氨酯共混，通過簡單輥涂工藝負(fù)載于滌綸、棉、氨綸等常規(guī)織物表面，無需復(fù)雜設(shè)備即可實現(xiàn)大面積規(guī)模化制備，為臨床轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。
圖2. 電磁屏蔽及電性能。 FNM，FNMPA和FNMPA-400的（A）屏蔽效能，（B）功率系數(shù)及（C）單顆粒C-V曲線。（D）FNM、FNMPA、FNMPA-400的交流電導(dǎo)率。（E）FNMPA及FNMPA-400的CAFM圖像，插圖為銀納米顆粒退火前后的電荷分布示意圖。（F）FNM/C、C/Silver截面處的靜電荷及差分電荷密度。（G）Ag、C和FNM的UPS曲線。（H）FNMPA-400與其他工作的電磁屏蔽性能對比。
經(jīng)系統(tǒng)測試，該 FNMPA-400 復(fù)合織物展現(xiàn)出顛覆性超寬頻電磁屏蔽性能：在100 kHz 至 3 GHz全頻段內(nèi)，屏蔽效能均超過 50 dB（電磁衰減 99.999%），在關(guān)鍵低頻 100 kHz 處更是達(dá)到99.9 dB的超高屏蔽效能，創(chuàng)下當(dāng)前柔性可穿戴屏蔽材料低頻防護(hù)新紀(jì)錄，遠(yuǎn)超現(xiàn)有醫(yī)療防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求。
其防護(hù)機(jī)理呈現(xiàn)全頻段協(xié)同作用：高頻段依托銀殼高導(dǎo)電性產(chǎn)生強(qiáng)烈阻抗失配，通過表面反射高效衰減電磁波；低頻段借助 FeNiMo 磁核的高磁導(dǎo)率，通過渦流損耗、磁疇壁共振、長程磁耦合等多重磁損耗機(jī)制吸收電磁波；同時，PDA 碳化形成的異質(zhì)界面產(chǎn)生雙層內(nèi)建電場，強(qiáng)化界面極化損耗，實現(xiàn) “反射+吸收” 雙效屏蔽。
此外，該織物具備優(yōu)異的實用穩(wěn)定性：經(jīng) 1 小時超聲洗滌、500 次彎折、酸堿鹽腐蝕、紫外老化等嚴(yán)苛測試，屏蔽效能與導(dǎo)電性能無明顯衰減；同時保持與普通織物相當(dāng)?shù)耐笟庑裕婢吒魺帷⒖咕▽瘘S色葡萄球菌、大腸桿菌抑菌率達(dá) 99.9%）特性，完全適配醫(yī)院高溫消毒、反復(fù)穿戴、無菌環(huán)境等臨床需求。
圖3. FNMPA-400/Polyester織物對電磁波的生物學(xué)抑制效應(yīng)。（A）神經(jīng)防護(hù)試驗裝置示意圖；（B）細(xì)胞活性；（C）HT-22細(xì)胞在5天試驗后的光學(xué)照片，比例尺為200μm。
電磁輻射對生物體的潛在危害，尤其是對神經(jīng)系統(tǒng)的影響，是醫(yī)療防護(hù)的核心關(guān)切，但此前可穿戴電磁屏蔽材料的生物防護(hù)效果缺乏直接實驗驗證。本研究首次以小鼠海馬神經(jīng)元HT-22 細(xì)胞為模型，模擬醫(yī)護(hù)人員實際電磁暴露場景（900 MHz，330–370 mW/m2），驗證復(fù)合織物的神經(jīng)保護(hù)功效。
實驗結(jié)果顯示：持續(xù)電磁輻射會導(dǎo)致神經(jīng)元活性顯著下降、細(xì)胞形態(tài)皺縮損傷；而經(jīng)FNMPA-400 復(fù)合織物屏蔽后，神經(jīng)元存活率與形態(tài)與空白對照組無顯著差異，完全抵御電磁輻射引發(fā)的神經(jīng)損傷。這是全球范圍內(nèi)首次通過體外實驗，直接證實可穿戴電磁屏蔽材料的神經(jīng)保護(hù)功能，從生物安全性層面驗證了該材料在醫(yī)療場景的核心價值。
該結(jié)果意味著，將該復(fù)合織物制成醫(yī)護(hù)服、手術(shù)衣、防護(hù)圍裙等裝備，可在不影響診療操作的前提下，為放射科、介入科、電磁治療科室的醫(yī)護(hù)人員提供全方位電磁防護(hù)，避免長期職業(yè)暴露帶來的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等健康風(fēng)險。
總結(jié)：本次西北工業(yè)大學(xué)領(lǐng)銜的跨學(xué)科研究，以臨床實際需求為導(dǎo)向，通過材料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與工藝優(yōu)化，成功攻克可穿戴電磁屏蔽材料“寬頻、高效、柔性、生物安全” 四大核心難題，不僅在100 kHz–3 GHz 超寬頻實現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的屏蔽性能，更首次證實其神經(jīng)保護(hù)功效，填補(bǔ)了醫(yī)療電磁防護(hù)領(lǐng)域 “材料性能 - 生物效應(yīng)” 關(guān)聯(lián)驗證的空白。該成果兼具學(xué)術(shù)創(chuàng)新性與臨床實用性：學(xué)術(shù)上建立了 “頻率分區(qū)-核殼結(jié)構(gòu)-雙重退火” 的新型材料設(shè)計范式，為電磁防護(hù)材料發(fā)展提供全新思路；應(yīng)用上可直接轉(zhuǎn)化為醫(yī)護(hù)防護(hù)服裝、醫(yī)用屏蔽織物等產(chǎn)品，覆蓋醫(yī)院、實驗室、電磁設(shè)備機(jī)房等多場景，同時可拓展至航空航天、物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴等領(lǐng)域，推動廣譜電磁防護(hù)技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，為職業(yè)人群健康防護(hù)提供堅實支撐。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102697
