Électrodes portables conformables : de la fabrication à l’évaluation électrophysiologique

Les appareils électroniques portables sont aujourd’hui les acteurs clés de la surveillance des signaux du corps humain. Des interfaces cutanées conformes doivent être développées pour fournir une résolution de signal élevée et un fonctionnement à long terme des capteurs cutanés. Ici, nous présenterons comment fabriquer, caractériser et utiliser facilement des électrodes textiles tactiles et douces en tant que capteurs électroniques organiques portables.

Pour valider les performances de nos capteurs fabriqués, nous appliquons un système électronique portable pour enregistrer divers signaux électrophysiologiques du corps humain. Nous proposons plusieurs configurations pour enregistrer divers signaux physiologiques simplement en laboratoire. Le protocole suivant a été utilisé pour fabriquer des électrodes sur des substrats commercialement flexibles, tels que le papier de tatouage et le textile.

Le kit de papier de tatouage commercial est également fourni avec la feuille de colle. Le papier de tatouage a une structure en couches comprenant une feuille de papier de support, une couche d’alcool polyvinylique soluble dans l’eau, un film de polyuréthane libérable et une couche de PVA la plus haute. Pour fabriquer un capteur portable, commencez par couper le sous-ensemble d’intérêt.

Placez le sous-ensemble sur la plaque de l’imprimante, en scotchant sa bordure pour la garder à plat. Ensuite, remplissez la cartouche d’imprimante avec l’encre commerciale PWSs après l’avoir filtrée. Il s’agit d’une dispersion précise du polymère conducteur.

Imprimez ensuite votre dessin sur le substrat. Pour le papier de tatouage et le textile, qui ont plus d’énergie de surface élevée, les paramètres d’impression définis dans les paramètres d’impression abordent un espacement d’environ 15 ou 20 micromètres. Ensuite, sécher l’électrode dans le four à 110 degrés Celsius pendant 15 minutes pour compléter l’évaporation du solvant.

Le capteur imprimé final doit ressembler à ceci sur du papier de tatouage, du tissu, du PET et du textile extensible. Pour fabriquer un connecteur externe au système de position, coupez un morceau rectangulaire de substrat ultra mince, tel que PEN. Imprimez dessus un design rectangulaire avec trois couches PWS.

Laminez l’interconnexion ultra mince sur les deux électrodes. Coupez un trou dans une feuille de colle de papier de tatouage. Alignez tout cela avec la partie de détection de signal de l’électrode PWSs de tatouage.

Ajoutez un morceau de ruban adhésif en polymère à l’extrémité libre de l’interconnexion PEN. Pour transférer l’électrode de tatouage, retirez la doublure de colle. Placez le tatouage sur la partie souhaitée de la peau.

Humidifiez le papier de support arrière, en gardant le tatouage en position. Une fois que le papier de support arrière est trempé, faites-le glisser pour le retirer, ne laissant que l’extrémité de l’électrode du film ultra transférable sur la peau. Ensuite, branchez le contact PEN plat à l’unité d’acquisition externe.

Pour caractériser l’électrode fabriquée à l’aide de la spectroscopie d’impédance électrochimique, effectuez une mesure corporelle. Tout d’abord, assurez-vous que le volontaire est confortablement assis avec un bras placé sur la table au repos. Ensuite, placez une électrode sur la peau et connectez-la au couple de détection de travail du démarrage potentiel.

Placez ensuite une autre électrode à trois centimètres de la première et connectez-la à la contre-électrode. Enfin, placez la troisième électrode sur le coude et connectez-la au câble de l’électrode de référence. Ensuite, commencez la mesure avec le démarrage potentiel.

Appliquez un courant entre le compteur et les électrodes de travail, et mesurez la variation potentielle à travers la référence et le couple de détection. Notez que l’impédance de sortie calculée à chaque fréquence se compose de deux contributions. L’impédance cutanée et l’impédance de contact peau-électrode.

La section suivante décrit l’emplacement échelonné pour chaque bio signal d’intérêt. Un exemple de surveillance électro visuelle d’articles à l’aide d’électrodes C-gauche et C-droite disponibles dans le commerce. Pour l’ECG, adaptez une configuration avec trois électrodes, dont une utilisée comme sol.

Pour l’activité électrique du cerveau, EEG, placez les électrodes sur le front et autour des oreilles externes. Pour la mesure de l’activité électrodermique, EDA, placez deux électrodes en haut de la main gauche. Ensuite, effectuez l’enregistrement pendant que le sujet est au repos ou fait de l’exercice physique.

Pour caractériser les performances de l’électrode, nous avons rapporté l’impédance représentative des électrodes textiles. Les électrodes textiles présentent une impédance légèrement supérieure mais comparable à celle des électrodes standard droites frittées CI. La forme des modèles d’impédance indique un comportement résistif légèrement plus élevé dans le cas des électrodes textiles.

Alors que le CI standard fritté à droite montre un comportement de capacité résistif typique. En plaçant des électrodes sur la peau dans différentes zones du corps, nous avons accès à de multiples signaux biologiques. Le traçage EEG a déplacé l’enregistrement de l’activité électrique de la population de neurones actifs.

L’un des groupes de base des ondes cérébrales est l’Alpha entre 8 et 13 hertz. Les ondes Alpha reflètent l’état du cerveau sous relaxation et peuvent être induites en demandant au sujet de fermer les yeux. La ligne de tiret verticale grise marque le moment de l’enregistrement où le volontaire a été invité à ouvrir les yeux.

Le tracé ECG montre la polarisation et la polarisation de l’oreillette et des ventricules du cœur, représentés par le motif caractéristique composé de l’onde P, du complexe IQRS et d’une onde T. Les pics R montrent l’amplitude la plus élevée et sont utilisés pour calculer la fréquence cardiaque en considérant le temps entre deux pics consécutifs. Nous avons enregistré le traçage EMG tandis que le volontaire augmentait progressivement la force des muscles R.

L’activité musculaire intensifiée est quantifiée par l’amplitude accrue des pics de tension. Dans un traçage EMG, des pics d’amplitude de quelques microvolts à quelques minivolts dans la gamme de fréquences de 10 à mille hertz reflètent le muscle de l’hyperactivité, entraîné par les potentiels d’action de l’unité motrice. Le traçage EDA est généralement composé d’un tonique et d’un composant flou.

Le composant tonique reflète le niveau de conductance de la peau et correspond au signal de fond. La composante floue reflète la réponse du sujet à un stimulus spécifique, et elle est détectable par un changement de la valeur de conductance de la peau. Ce traçage est utilisé pour évaluer le niveau de stress humain et l’hydratation du corps.

Avec notre protocole, nous obtenons un capteur de peau doux et confortable au motif d’une encre conductrice sur des cellules souvent molles droites. Et l’impression est une technique locale et évolutive qui se démarque des procédés de fabrication microélectroniques traditionnels. La méthode proposée décrit comment acquérir un signal électrique qui varie d’une faible activité neurologique à une contraction musculaire de haute puissance.

Le signal permet d’entrer à l’intérieur dans l’état physiologique du corps de l’utilisateur. D’un rôle, nous présentons la première étape sur la faisabilité de dispositifs verbaux transparents pour une variété de mes applications médicales, qui sont passées de la condition physique à la surveillance des soins de santé.