적합성 웨어러블 전극: 제작에서 전기생리학적 평가에 이르기까지

웨어러블 전자 장치는 오늘날 인체 신호 모니터링의 핵심 업체입니다. 피부 센서의 높은 신호 분해능과 장기적인 작동을 제공하기 위해 적합한 피부 인터페이스를 개발해야 합니다. 여기서는 촉각 및 소프트 섬유 전극을 웨어러블 유기 전자 센서로 쉽게 제작, 특성화 및 사용하는 방법을 소개합니다.

제작 된 센서의 성능을 검증하기 위해 휴대용 전자 시스템을 적용하여 인체의 다양한 전기 생리 신호를 기록합니다. 우리는 실험실에서 다양한 생리 신호를 기록하기 위해 여러 구성을 제안합니다. 다음 프로토콜은 문신 종이 및 섬유와 같은 상업적으로 유연한 기판 위에 전극을 제조하는 데 사용되었습니다.

상업용 문신 종이 키트에는 접착제 시트도 제공됩니다. 문신 종이는 지지 용지 시트, 수용성 폴리비닐 알코올 층, 박리성 폴리우레탄 필름, 및 최상단 PVA 층을 포함하는 층상 구조를 갖는다. 웨어러블 센서를 제작하려면 먼저 관심 있는 하위 집합을 잘라냅니다.

프린터 플레이트에 서브세트를 놓고 테두리를 테이핑하여 평평하게 유지합니다. 그런 다음 프린터 카트리지를 여과한 후 PWSs 상용 잉크로 채웁니다. 이것은 전도성 중합체의 정확한 분산이다.

그런 다음 기판에 디자인을 인쇄하십시오. 더 높은 표면 에너지를 가진 문신 종이 및 섬유의 경우 인쇄 매개 변수에 설정된 간격이 약 15 또는 20 마이크로 미터입니다. 그 후, 전극을 섭씨 110도의 오븐에서 15분 동안 건조시켜 용매 증발을 완료하였다.

최종 인쇄 된 센서는 문신 용지, 직물, PET 및 신축성 섬유에서 이와 같이 보일 것입니다. 위치 시스템에 대한 외부 커넥터를 제작하려면 펜과 같은 초박형 기판의 직사각형 조각을 자릅니다. 그 위에 세 개의 PWS 레이어가있는 직사각형 디자인을 인쇄하십시오.

초박형 상호 연결을 두 전극 상에 적층한다. 문신 종이 접착제 시트에 구멍을 뚫습니다. 이 모든 것을 문신 PWS 전극의 신호 감지 부분과 정렬하십시오.

폴리머 테이프 조각을 PEN 상호 연결의 자유 끝에 추가합니다. 문신 전극을 옮기려면 접착제 라이너를 제거하십시오. 문신을 피부의 원하는 부분에 놓습니다.

뒤쪽 지지대를 바로 적셔 문신을 제자리에 유지하십시오. 후면 지지 용지가 담근 후에는 밀어 제거하여 전사 가능한 울트라 필름의 전극 끝 만 피부에 남겨 둡니다. 그런 다음 플랫 PEN 접점을 외부 획득 장치에 꽂습니다.

전기화학적 임피던스 분광법을 사용하여 제작된 전극을 특성화하려면 신체 측정을 수행하십시오. 첫째, 자원 봉사자가 휴식을 취할 때 테이블에 팔을 올려 놓고 편안하게 앉을 수 있도록하십시오. 그런 다음 피부에 하나의 전극을 놓고 잠재적 인 시작의 작동 감지 커플에 연결하십시오.

그런 다음 다른 전극을 첫 번째 전극과 세 센티미터 떨어진 곳에 놓고 상대 전극에 연결하십시오. 마지막으로 세 번째 전극을 팔꿈치에 놓고 기준 전극 케이블에 연결하십시오. 그런 다음 잠재적 인 시작으로 측정을 시작하십시오.

카운터와 작동 전극 사이에 전류를 인가하고 기준 및 감지 커플 전위 변동을 측정합니다. 각 주파수에서 계산된 출력 임피던스는 두 개의 기여로 구성됩니다. 상기 피부 임피던스는, 피부-전극 접촉 임피던스이다.

다음 섹션에서는 관심있는 각 생체 신호에 대한 래더 배치에 대해 설명합니다. 상업적으로 입수가능한 C-좌 및 C-우 전극을 이용한 전기 시각적 물품 모니터링의 예이다. ECG의 경우 접지로 사용되는 세 개의 전극으로 구성을 조정합니다.

뇌파의 전기 활동을 위해 이마와 바깥 귀 주위에 전극을 놓습니다. EDA는 전피 활성 측정을 위해 왼손 상단에 두 개의 전극을 놓습니다. 그런 다음 피사체가 휴식을 취하거나 신체 운동을하는 동안 녹음을 수행하십시오.

전극의 성능을 특성화하기 위해 우리는 섬유 전극의 대표적인 임피던스를보고했습니다. 섬유 전극은 CI 소결 우측 표준 전극보다 약간 높지만 유사한 임피던스를 나타낸다. 임피던스 모델의 형상은 섬유 전극의 경우 약간 더 높은 저항 거동을 나타낸다.

반면, 표준 CI 소결 권리는 전형적인 저항 용량 거동을 보여줍니다. 다른 신체 부위의 피부에 전극을 배치함으로써 우리는 여러 생체 신호에 액세스 할 수 있습니다. EEG 추적은 활성 뉴런 집단의 전기 활동 기록을 대체했습니다.

뇌파의 기본 그룹 중 하나는 8 ~ 13 헤르츠 사이의 알파입니다. 알파파는 이완 중인 뇌의 상태를 반영하며, 피험자에게 눈을 감으라고 요청함으로써 유도될 수 있다. 회색 세로 대시선은 자원 봉사자가 눈을 뜨도록 요청 받았을 때 녹음 된 순간을 표시합니다.

심전도 추적은 P파, IQRS 복합체 및 T파로 구성된 특성 패턴으로 표현되는 심장의 심방 및 심실의 편광 및 분극을 보여준다. R 피크는 가장 높은 진폭을 나타내며 두 개의 연속 된 진폭 사이의 시간을 고려하여 심박수를 계산하는 데 사용됩니다. 우리는 자원 봉사자가 R 근육의 힘을 점진적으로 증가시키는 동안 EMG 추적을 기록했습니다.

강화 된 근육 활동은 전압 피크의 증가 진폭에 의해 정량화됩니다. EMG 추적에서 10 ~ 천 헤르츠의 주파수 범위에서 몇 마이크로 볼트에서 몇 마이크로 볼트까지의 진폭을 가진 스파이크는 모터 유닛 활동 잠재력에 의해 구동되는 하이퍼 활동의 근육을 반영합니다. EDA 추적은 일반적으로 강장제와 퍼지 성분으로 구성됩니다.

강장제 성분은 피부 컨덕턴스 레벨을 반영하고 배경 신호에 해당합니다. 퍼지 성분은 특정 자극에 대한 피험자의 반응을 반영하며, 피부 전도도 값의 변화에 의해 검출 가능하다. 이 추적은 인간의 스트레스 수준과 신체 수분 공급을 평가하는 데 사용됩니다.

우리의 프로토콜로, 우리는 종종 부드러운 셀 직선에 전도성 잉크의 패터닝에 부드럽고 편안한 피부 센서를 얻을. 그리고 인쇄는 전통적인 마이크로 전자 제조 공정에서 눈에 띄는 지역적이고 확장 가능한 기술입니다. 제안 된 방법은 약한 신경 활동에서 고출력 근육 수축에 이르기까지 다양한 전기 신호를 획득하는 방법을 설명합니다.

신호는 사용자 신체 생리적 상태로 내부로 들어갈 수 있게 한다. 역할의 경우, 우리는 피트니스에서 건강 관리 모니터링에 이르기까지 다양한 의료 응용 분야에 대한 원활한 언어 장치의 실현 가능성에 대한 초기 단계를 제시합니다.