Electrodos portátiles conformables: de la fabricación a la evaluación electrofisiológica

Los dispositivos electrónicos portátiles son los actores clave de hoy en día en el monitoreo de la señal del cuerpo humano. Es necesario desarrollar interfaces cutáneas conformables para proporcionar una alta resolución de señal y un funcionamiento a largo plazo de los sensores cutáneos. Aquí presentaremos cómo fabricar, caracterizar y usar fácilmente electrodos textiles táctiles y blandos como sensores electrónicos orgánicos portátiles.

Para validar el rendimiento de nuestros sensores fabricados, aplicamos un sistema electrónico portátil para registrar varias señales electrofisiológicas del cuerpo humano. Proponemos una configuración múltiple para registrar varias señales fisiológicas simplemente en el laboratorio. El siguiente protocolo se ha utilizado para fabricar electrodos en sustratos comercialmente flexibles, como papel para tatuajes y textiles.

El kit de papel de tatuaje comercial también se proporciona con la hoja de pegamento. El papel para tatuajes tiene una estructura en capas que incluye una hoja de papel de soporte, una capa de alcohol polivinílico soluble en agua, una película de poliuretano liberable y una capa superior de PVA. Para fabricar un sensor portátil, comience por cortar el subconjunto de interés.

Coloque el subconjunto en la placa de la impresora, pegando su borde para mantenerlo plano. Luego, llene el cartucho de la impresora con la tinta comercial PWSs después de filtrarla. Esta es una dispersión precisa del polímero conductor.

A continuación, imprima su diseño en el sustrato. Para el papel de tatuaje y el textil, que tienen más la alta energía de la superficie, establezca en los parámetros de impresión el espaciado de la dirección alrededor de 15 o 20 micrómetros. Después, seque el electrodo en el horno a 110 grados Celsius durante 15 minutos para completar la evaporación del solvente.

El sensor impreso final debe verse así en papel de tatuaje, tela, PET y textil estirable. Para fabricar un conector externo al sistema de posición, corte una pieza rectangular de sustrato ultra delgado, como PEN. Imprima sobre ella un diseño rectangular con tres capas pws.

Laminar la interconexión ultra delgada en los dos electrodos. Haga un agujero en la hoja de pegamento de papel para tatuajes. Alinee todo esto con la parte de detección de señal del electrodo PWS del tatuaje.

Agregue un trozo de cinta de polímero en el extremo libre de la interconexión PEN. Para transferir el electrodo del tatuaje, retire el forro de pegamento. Coloque el tatuaje en la parte deseada de la piel.

Humedezca el papel de soporte de la espalda, manteniendo el tatuaje en su posición. Una vez que el papel de soporte posterior esté empapado, deslícelo para retirarlo, dejando solo el extremo del electrodo de la película ultra transferible en la piel. A continuación, conecte el contacto PEN plano a la unidad de adquisición externa.

Para caracterizar el electrodo fabricado mediante espectroscopia de impedancia electroquímica, realice la medición corporal. En primer lugar, asegúrese de que el voluntario esté cómodamente sentado con un brazo colocado sobre la mesa en reposo. Luego coloque un electrodo en la piel y conéctelo al par de detección de trabajo del inicio potencial.

Luego coloque otro electrodo a tres centímetros del primero y conéctelo al contraelectrodo. Finalmente, coloque el tercer electrodo en el codo y conéctelo al cable del electrodo de referencia. Luego comience la medición con el inicio potencial.

Aplique una corriente entre el contador y los electrodos de trabajo, y mida la variación potencial a través de la referencia y el par de detección. Nótese que la impedancia de salida calculada en cada frecuencia consta de dos contribuciones. La impedancia de la piel y la impedancia de contacto piel-electrodo.

En la siguiente sección se describe la ubicación escalonada para cada bio señal de interés. Un ejemplo de monitoreo electro visual de artículos utilizando electrodos C-izquierdo y C-derecho disponibles comercialmente. Para el ECG, adapte una configuración con tres electrodos, uno utilizado como tierra.

Para la actividad eléctrica cerebral, EEG, coloque los electrodos en la frente y alrededor de los oídos externos. Para la medición de la actividad electrodérmica, EDA, coloque dos electrodos en la parte superior de la mano izquierda. Luego realiza la grabación mientras el sujeto está en reposo o haciendo ejercicio físico.

Para caracterizar el rendimiento del electrodo, informamos la impedancia representativa de los electrodos textiles. Los electrodos textiles exhiben una impedancia ligeramente más alta pero comparable que los electrodos estándar rectos sinterizados por CI. La forma de los modelos de impedancia indica un comportamiento resistivo ligeramente superior en el caso de los electrodos textiles.

Mientras que, el CI estándar sinterizado a la derecha muestra un comportamiento típico de capacidad resistiva. Al colocar electrodos en la piel en diferentes áreas del cuerpo, tenemos acceso a múltiples señales biológicas. El rastreo del EEG desplazó el registro de la actividad eléctrica de la población de neuronas activas.

Uno de los grupos básicos de ondas cerebrales es el Alfa entre 8 y 13 hercios. Las ondas alfa reflejan el estado del cerebro bajo relajación y pueden ser inducidas pidiéndole al sujeto que cierre los ojos. La línea de guión vertical gris marca el momento en la grabación en que se le pidió al voluntario que abriera los ojos.

El trazado del ECG muestra la polarización y la polarización de la aurícula y los ventrículos del corazón, representada por el patrón característico que consiste en la onda P, el complejo IQRS y una onda T. Los picos R muestran la amplitud más alta y se utilizan para calcular la frecuencia cardíaca considerando el tiempo entre dos consecutivos. Registramos el rastreo EMG mientras que el voluntario aumentó progresivamente la fuerza de los músculos R.

La actividad muscular intensificada se cuantifica por el aumento de la amplitud de los picos de voltaje. En un rastreo EMG, los picos con amplitud de pocos microvoltios a pocos mini voltios en el rango de frecuencia de 10 a mil hercios reflejan el músculo de la hiperactividad, impulsado por los potenciales de acción de la unidad motora. El trazado EDA se compone típicamente de un tónico y un componente difuso.

El componente tónico refleja el nivel de conductancia de la piel y corresponde a la señal de fondo. El componente difuso refleja la respuesta del sujeto a un estímulo específico, y es detectable por el cambio en el valor de conductancia de la piel. Este rastreo se utiliza para evaluar el nivel de estrés humano y la hidratación corporal.

Con nuestro protocolo, obtenemos un sensor de piel suave y cómodo para el patrón de una tinta conductora en células a menudo blandas rectas. Y la impresión es una técnica local y escalable que se destaca de los procesos tradicionales de fabricación micro electrónica. El método propuesto describe cómo adquirir una señal eléctrica que varía desde una actividad neuronal débil hasta una contracción muscular de alta potencia.

La señal permite entrar en el estado fisiológico del cuerpo del usuario. De un papel, presentamos el paso inicial sobre la viabilidad de dispositivos verbales sin fisuras para una variedad de mi aplicación médica, que ha pasado de la aptitud física al monitoreo de la atención médica.