أقطاب كهربائية قابلة للارتداء متوافقة: من التصنيع إلى التقييم الكهروفسيولوجي

الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء هي اللاعبين الرئيسيين اليوم في مراقبة إشارة جسم الإنسان. هناك حاجة إلى تطوير واجهات جلدية متوافقة لتوفير دقة إشارة عالية وتشغيل طويل الأجل لأجهزة الاستشعار الجلدية. سنعرض هنا كيفية تصنيع وتوصيف واستخدام أقطاب كهربائية لمسية وناعمة بسهولة كأجهزة استشعار إلكترونية عضوية يمكن ارتداؤها.

للتحقق من صحة أداء أجهزة الاستشعار المصنعة لدينا ، نطبق نظاما إلكترونيا محمولا لتسجيل الإشارات الكهروفسيولوجية المختلفة من جسم الإنسان. نقترح تكوينا متعدد لتسجيل الإشارات الفسيولوجية المختلفة ببساطة في المختبر. تم استخدام البروتوكول التالي لتصنيع الأقطاب الكهربائية على ركائز مرنة تجاريا ، مثل ورق الوشم والمنسوجات.

يتم توفير مجموعة ورق الوشم التجاري أيضا مع ورقة الغراء. يحتوي ورق الوشم على بنية ذات طبقات بما في ذلك ورقة داعمة ، وطبقة كحول بولي فينيل قابلة للذوبان في الماء ، وفيلم بولي يوريثين قابل للنشر ، وطبقة PVA علوية. لتصنيع مستشعر يمكن ارتداؤه ، ابدأ بقطع المجموعة الفرعية من الاهتمام.

ضع المجموعة الفرعية على لوحة الطابعة، مع ضبط حدودها لإبقائها مسطحة. ثم املأ خرطوشة الطابعة بالحبر التجاري PWSs بعد تصفيتها. هذا هو تشتت دقيق للبوليمر الموصل.

ثم اطبع تصميمك على الركيزة. بالنسبة لورق الوشم والمنسوجات ، التي تحتوي على طاقة سطحية عالية أكثر ، يتم تعيينها في معلمات الطباعة التي تتناول التباعد حول 15 أو 20 ميكرومتر. بعد ذلك ، جفف القطب الكهربائي في الفرن عند 110 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة لإكمال تبخر المذيبات.

يجب أن يبدو المستشعر المطبوع النهائي هكذا على ورق الوشم والنسيج والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والمنسوجات القابلة للتمدد. لتصنيع موصل خارجي لنظام الموضع ، قم بقطع قطعة مستطيلة من الركيزة الرقيقة للغاية ، مثل PEN. اطبع فوقه تصميما مستطيلا مع ثلاث طبقات PWSs.

قم بتغليف التوصيل البيني الرقيق للغاية على القطبين الكهربائيين. قطع حفرة في ورقة الوشم ورقة الغراء. قم بمحاذاة كل هذا مع جزء استشعار الإشارة من قطب PWSs الوشم.

أضف قطعة من شريط البوليمر إلى الطرف الحر من التوصيل البيني للقرون. لنقل قطب الوشم ، قم بإزالة بطانة الغراء. ضع الوشم على الجزء المطلوب من الجلد.

قم بترطيب ورقة الدعم الخلفية مباشرة ، مع الحفاظ على الوشم في موضعه. بمجرد نقع ورق الدعم الخلفي ، قم بتحريكه لإزالته ، تاركا فقط نهاية القطب الكهربائي للفيلم الفائق القابل للنقل على الجلد. ثم قم بتوصيل جهة اتصال PEN المسطحة بوحدة الاقتناء الخارجية.

لتوصيف القطب الكهربائي المصنع باستخدام التحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية ، قم بإجراء قياس الجسم. أولا ، تأكد من أن المتطوع يجلس بشكل مريح مع وضع ذراع على الطاولة أثناء الراحة. ثم ضع قطبا كهربائيا واحدا على الجلد وقم بتوصيله بزوجين يعملان على استشعار البداية المحتملة.

ثم ضع قطبا كهربائيا آخر على بعد ثلاثة سنتيمترات من القطب الأول وقم بتوصيله بالقطب المضاد. أخيرا ، ضع القطب الثالث على الكوع وقم بتوصيله بكبل القطب المرجعي. ثم ابدأ القياس مع البداية المحتملة.

تطبيق تيار بين العداد والأقطاب الكهربائية العاملة ، وقياس التباين المحتمل عبر المرجع والزوجين المستشعرين. لاحظ أن معاوقة النواتج المحسوبة في كل تردد تتكون من مساهمتين. مقاومة الجلد ، ومقاومة ملامسة القطب الجلدي.

يصف القسم التالي الموضع المتدرج لكل إشارة حيوية ذات أهمية. مثال على مراقبة المادة الكهروبصرية باستخدام أقطاب C-يسار و C-يمين المتاحة تجاريا. بالنسبة ل ECG ، قم بتكييف تكوين مع ثلاثة أقطاب كهربائية ، واحدة تستخدم كأرض.

بالنسبة للنشاط الكهربائي للدماغ ، EEG ، ضع الأقطاب الكهربائية على الجبهة وحول الأذنين الخارجيتين. لقياس النشاط الكهربائي الجلدي ، EDA ، ضع قطبين كهربائيين في الجزء العلوي من اليد اليسرى. ثم قم بإجراء التسجيل أثناء راحة الشخص أو ممارسة التمارين البدنية.

لتوصيف أداء القطب الكهربائي ، أبلغنا عن المعاوقة التمثيلية للأقطاب الكهربائية النسيجية. تظهر أقطاب النسيج مقاومة أعلى قليلا ولكنها قابلة للمقارنة من الأقطاب الكهربائية القياسية اليمنى المتكلسة من CI. يشير شكل نماذج المعاوقة إلى سلوك مقاوم أعلى قليلا في حالة أقطاب النسيج.

في حين أن CI القياسي المتكلس يظهر سلوك السعة المقاومة النموذجي. من خلال وضع أقطاب كهربائية على الجلد في مناطق الجسم المختلفة ، يمكننا الوصول إلى إشارات حيوية متعددة. أدى تتبع EEG إلى إزاحة تسجيل النشاط الكهربائي لمجموعة من الخلايا العصبية النشطة.

واحدة من المجموعة الأساسية من موجات الدماغ هي ألفا بين 8 و 13 هرتز. تعكس موجات ألفا حالة الدماغ تحت الاسترخاء ويمكن تحفيزها عن طريق مطالبة الشخص بإغلاق عينيه. يمثل خط الشرطة العمودي الرمادي اللحظة في التسجيل عندما طلب من المتطوع فتح عينيه.

يظهر تتبع تخطيط القلب استقطاب واستقطاب الأذين والبطينين في القلب ، ممثلا في النمط المميز الذي يتكون من موجة P ومجمع IQRS وموجة T. تظهر قمم R أعلى سعة وتستخدم لحساب معدل ضربات القلب من خلال النظر في الوقت بين اثنين متتاليين. سجلنا تتبع EMG بينما زاد المتطوع تدريجيا من قوة عضلات R.

يتم قياس نشاط العضلات المكثف كميا من خلال زيادة سعة قمم الجهد. في تتبع EMG ، تعكس المسامير ذات السعة من عدد قليل من الميكروفولت إلى عدد قليل من الفولت الصغير في نطاق التردد من 10 إلى ألف هرتز عضلة النشاط المفرط ، مدفوعة بإمكانات عمل الوحدة الحركية. يتكون تتبع EDA عادة من مكونات منشطة وغامضة.

يعكس المكون المنشط مستوى توصيل الجلد ويتوافق مع إشارة الخلفية. يعكس المكون الضبابي استجابة الشخص لحافز معين ، ويمكن اكتشافه عن طريق التغيير في قيمة توصيل الجلد. يستخدم هذا التتبع لتقييم مستوى الإجهاد البشري وترطيب الجسم.

من خلال بروتوكولنا ، نحصل على مستشعر بشرة ناعم ومريح لنمط حبر موصل على الخلايا الناعمة في كثير من الأحيان بشكل مستقيم. والطباعة هي تقنية محلية وقابلة للتطوير تبرز من عمليات التصنيع الإلكترونية الدقيقة التقليدية. تصف الطريقة المقترحة كيفية الحصول على إشارة كهربائية تختلف من النشاط العصبي الضعيف إلى تقلص العضلات عالي القوة.

تسمح الإشارة بالدخول إلى الحالة الفسيولوجية لجسم المستخدم. من دور ، نقدم الخطوة الأولية حول جدوى الأجهزة اللفظية السلسة لمجموعة متنوعة من تطبيقاتي الطبية ، والتي نسجت من اللياقة البدنية إلى مراقبة الرعاية الصحية.