Name: 적합성 웨어러블 전극: 제작에서 전기생리학적 평가에 이르기까지 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 3 s
Description: 학습하세요 피부 전기생리학적 감지를 위한 문신 및 섬유 전극의 제작 및 평가 방법을. 이 연구는 유연한 기판에 전도성 잉크를 인쇄하여 인체 신호를 고해상도로 모니터링하는 기술을 제시합니다.

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이 작업은 ANR JCJC OrgTex 프로젝트 (ANR-17-CE19-0010)를 통해 프랑스 국립 연구소의 지원을 받았습니다. 또한 Marie Sklodowska-Curie 보조금 계약 No. 813863에 따라 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램으로부터 자금을 지원받았습니다. E.I.는 프로방스의 센터 마이크로 일렉트로닉스의 CMP 클린룸 직원에게 프로젝트 개발 중 기술 지원에 감사드립니다.

참고 : 인간 피험자와 관련된 실험은 개인의 건강 상태와 관련된 식별 가능한 개인 정보의 수집을 포함하지 않았으며 기술 시연을 위해서만 사용됩니다. 데이터는 세 가지 다른 피험자에 대해 평균화되었습니다. 전기생리학적 기록은 이전에 공개된 데이터(6,21)로부터 추출되었다.
1. 잉크젯 인쇄 PEDOT : PSS 전극 제조
참고 : 다음 프로토콜은 상업적이고 유연한 기질 문신 용지6 및 섬유21에서 전기 생리학을위한 전극을 제조하는 데 사용되었습니다. 동일한 접근법이 얇은 플라스틱 호일(22)과 같은 가요성 기판 상에 전극을 만들기 위해 크게 채택되었다. 모든 경우에, 잉크젯 프린터는 PEDOT:PSS의 패터닝에 사용되었다( 재료 표 참조).
<ol><li>전극 기판 전처리<ol>
<li>관심있는 기판 조각을 자릅니다.<ol>
<li>문신 기재를 사용하는 경우, 인쇄하기 전에 물로 씻어 종이(23)로부터 최상단의 수용성 층을 제거한다. 참고 : 문신 종이 키트에는 문신 접착력을 향상시키고 패시베이션 층으로이 작업에 사용되는 접착제 시트가 제공됩니다. 문신 종이는 지지지 시트, 수용성 폴리비닐알콜(PVA) 층, 박리성 폴리우레탄 필름, 및 최상단 PVA 층을 포함하는 층상 구조(보충도 S1)를 갖는다. 접착제 시트는 실리콘 종이를 지지체, 수성 아크릴 접착제 및 상단 릴리스 라이너로 구성된 층상 구조를 가지고 있습니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>웨어러블 센서를 제작하려면 관심 있는 기판을 절단하기 시작합니다. 기판을 프린터 플레이트에 놓고 테두리를 테이핑하여 평평하게 유지합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>PEDOT의 인쇄 : PSS 잉크<ol>
<li>하단에 직사각형 패드(3 mm x 7 mm)가 있는 원형(직경 12 mm)과 같이 인쇄할 디자인을 준비하고, 후자는 상호 연결에 사용할 수 있다.</li>
		<li>프린터 카트리지 (10 pl)를 여과 한 후 PEDOT : PSS 상업용 잉크로 채 웁니다. 이것은 전도성 중합체의 수성 분산액이다.</li>
		<li>기판에 디자인을 인쇄합니다.<ol>
<li>중간 정도의 높은 표면 에너지와 흡수 특성을 가진 문신 종이와 섬유를 각각 사용하는 경우 ~ 20μm의 드롭 간격으로 인쇄하십시오.</li>
			<li>여러 PEDOT:PSS 층을 연속적으로 인쇄하거나 레이어 사이에 건조 공정(15분 동안 110°C)을 적용하여 균일하고 지속적인 전도성 패턴을 만듭니다. 참고: 이것은 직물 내에서 연속적인 전도성 경로를 만들기 위해 섬유의 3D와 유사한 구조가 더 많은 잉크 함량을 필요로 하는 섬유 전극의 경우에 특히 필요합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>전극을 오븐에서 15분 동안 110°C에서 건조시켜 용매 증발을 완료하였다. 참고: 한 번에 여러 장치를 인쇄하여 섬유, PET 및 문신 용지(그림 1A-C)에서 얻은 전극(그림 1D)은 이제 다음 단계를 계속하기 전에 폐쇄적이고 깨끗하며 건조한 환경에 저장할 수 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>외부 커넥터 제작<ol>
<li>문신 전극<ol>
<li>폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN) 기재 (8 mm x 12 mm, 1.3 mm 두께)의 직사각형 조각을 자른다.</li>
			<li>기판 위에 세 개의 PEDOT:PSS 레이어가 있는 직사각형 디자인(3mm x 12mm)을 인쇄합니다.</li>
			<li>인쇄된 샘플을 오븐에서 110°C에서 15분 동안 건조시킨다.</li>
			<li>PEDOT:PSS 직사각형 부품이 서로 마주보고 있는 상태에서 PEN 상호 연결을 문신 전극에 적층합니다.</li>
			<li>문신 종이 접착제 시트에 구멍 (직경 11.3mm)을 자릅니다. 접착제 시트의이 구멍을 문신 PEDOT : PSS 전극의 원형 감지 부분과 정렬하십시오. 폴리이미드 테이프 조각( 재료 표 참조)을 PEN 상호 연결의 자유 끝에 추가합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>섬유 및 플라스틱 호일 전극<ol>
<li>직사각형 인쇄 연결 주위에 전도성 테이프(예를 들어, 구리 테이프) 조각을 부착하여 견고하고 안정적인 상호 연결을 얻는다.</li>
			<li>포고 핀 커넥터를 구리 테이프에 꽂고 포고 핀을 레코딩 시스템에 연결합니다.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>문신 전극 전송<ol>
<li>접착제 라이너를 제거하십시오. 문신을 피부의 원하는 부분에 놓습니다.</li>
		<li>뒤쪽 지지대를 적시고 문신을 제자리에 유지하십시오. 후면 지지 용지가 담근 후에는 밀어 제거하여 전사 가능한 초박막으로 만든 전극 만 피부에 남겨 둡니다.</li>
		<li>플랫 PEN 접점을 외부 수집 장치에 꽂습니다. 섹션 1.3을 참조하십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>섬유 전극 위치 지정<ol>
<li>전극을 피부에 놓습니다. 직물 스포츠 팔찌 또는 의료용 테이프의 도움으로 전극을 피부와 안정적으로 접촉시켜 이동 중에 고품질 신호 기록을 보장합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>원하는 표면 전기생리학적 기록을 수행한다. 녹음 후 문신 전극을 젖은 스폰지로 문질러 씻어 내십시오.</li>
</ol>2. 전기화학적 임피던스 분광법을 이용한 전극 특성화
<ol><li>신체 측정<ol>
<li>자원 봉사자가 휴식중인 테이블 위에 팔을 올려 놓고 편안하게 앉을 수 있도록하십시오. 참고: 피부 세척이나 스크러빙은 필요하지 않습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>전극 배치<ol>
<li>피부에 하나의 전극을 놓고 EIS의 작동 전극 감지 전극 (WE-S)에 연결하십시오.</li>
		<li>첫 번째 전극과 3cm 떨어진 곳에 다른 전극을 놓고 EIS의 상대 전극 (CE)에 연결하십시오.</li>
		<li>세 번째 전극을 팔꿈치 위에 놓고 EIS의 기준 전극 (RE)에 연결하십시오. 세 전극의 설정에 대해서는 도 2A 를 참조한다. 참고: EIS의 CE 및 RE에 연결된 전극은 Ag/AgCl 전극이거나 PEDOT:PSS로 만들 수 있으며, 이 연구에서 WE의 경우와 마찬가지입니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>EIS 포텐시오스탯에서 녹화를 시작합니다. 카운터와 작동 전극 사이에 전류를 인가하십시오. 참조 및 감지 커플 전반의 잠재적 변동을 측정합니다. 참고 : 획득 시스템과의 문신 및 섬유 전극 연결은 클립으로 만들어 전위차 케이블과 안정적인 전기 연결을 형성 할 수 있습니다. 각 주파수에서 계산된 출력 임피던스는 피부 임피던스와 스킨-전극 접촉 임피던스의 두 가지 기여로 구성됩니다.</li>
</ol>3. 표면 전기 생리학 기록
참고: 다음 섹션에서는 관심 있는 각 생체 신호에 대한 전극 배치에 대해 설명합니다. 전극이 올바르게 배치되고 피부에 잘 부착되면 휴대용 수집 시스템에 연결하여 기록을 시작할 수 있습니다. 이 기사의 비디오 내용은 상업적으로 이용 가능한 Ag/AgCl 전극 및 휴대용 전자 장치를 사용한 전기생리학적 모니터링의 예를 보여준다.
<ol><li>ECG의 경우 두 개 또는 세 개(접지로 사용됨) 전극이 있는 웨어러블 구성을 채택합니다. 전극을 6cm의 최소 전극 간 거리로 여러 신체 부위 (예 : 가슴, 손목, 갈비뼈)에 배치하여 상당한 신호를 얻으십시오. 참고 : 고전적인 위치는 왼쪽과 오른쪽 쇄골에 두 개의 전극을 배치하는 것을 수반합니다. 이 경우, 접지 전극은 왼쪽 장골 볏에 배치될 수 있다.</li>
	<li>근육 전기 활동 기록(EMG)을 위해, 전극을 관심 근육을 따라(예를 들어, 이두근 또는 종아리 위에) 놓는다. 접지 전극을 인접한 뼈와 같은 정적 위치에 놓습니다.</li>
	<li>뇌 전기 활동 기록 (EEG)의 경우 전극을 머리의 여러 위치에 놓습니다. 참고 : 편안한 위치는 이마와 바깥 귀 주위입니다. 기준 전극이 필요할 수 있으며, 전형적으로 유양돌기 뼈 상의 귀 뒤에 있다.</li>
	<li>전기 피 활성 측정(EDA)을 위해 왼손 손바닥에 두 개의 전극을 놓습니다. 피험자가 휴식 중이거나 신체 운동을 할 때 녹음을 수행하십시오. 참고 : 피부 임피던스는 전신 표면 (예 : 갈비뼈, 등, 발 밑창)에 걸쳐 측정 할 수 있습니다. 6cm의 충분한 전극 간 거리는 좋은 모니터링을 보장합니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다.

이 논문은 웨어러블 전극을 제조하기 위한 쉽고 확장 가능한 공정을 설명하고 전기생리학적 생체신호를 기록하는 방법을 시연한다. 문신, 섬유 및 박막과 같은 웨어러블 기판의 세 가지 예를 사용합니다. 이 기판에 센서를 구축하고 적용하기 전에 성능을 특성화하는 방법을 소개합니다. 여기서 전극을 만들기 위해 우리는 비용 효율성, 다목적 가공성, 생체 적합성, 부드러움 및 녹색 가공29와의 호환성으로 인해 금속 기반 도체에서 눈에 띄는 전도성 폴리머 인 PEDOT : PSS를 사용했습니다. PEDOT:기성품 기판의 PSS 패터닝은 설계의 자유로움으로 잉크 증착을 정밀하게 제어할 수 있는 잉크젯 인쇄 기술을 통해 달성되었습니다(그림 1).
잉크젯 인쇄는 전통적인 포토 리소그래피 미세 제조 공정과 화학적으로 물리적으로 양립 할 수없는 유연하고 비 전통적인 기판의 선택적 기능화를 허용하는 비접촉 기...

비침습적 생체전위 기록은 피부 접촉 전극을 통해 수행되어, 피트니스 및 헬스케어에서 인체의 생리학적 상태에 대한 방대한 양의 데이터를 제공한다1. 새로운 유형의 웨어러블 바이오 모니터링 장치는 전자 제품의 최신 기술 발전에서 통합 제어 및 통신 구성 요소를 휴대용 차원으로 축소하는 과정을 거쳐 개발되었습니다. 스마트 모니터링 장치는 매일 시장에 퍼져 있으며, 의료 진단을 가능하게하는 충분한 생리 학적 콘텐츠를 제공한다는 궁극적 인 목표로 여러 모니터링 기능을 제공합니다2. 따라서 인체와의 안전하고 신뢰할 수 있으며 견고한 인터페이스는 의료 서비스를 위한 합법적인 웨어러블 기술 개발에 중요한 과제를 안고 있습니다. 문신 및 섬유 전극은 최근 웨어러블 바이오 센싱 3,4,5를위한 혁신적이고 편안한 장치로 인식 된 안정적이고 안정적인 인터페이스로 나타났습니다.
문신 센서는 건조하고 얇은 인터페이스로 두께가 낮기 때문에 (~ 1 μm) 접착제가없고 순응 가능한 피부 접촉을 보장합니다. 이들은 층상 구조로 구성된 상업적으로 이용 가능한 문신 종이 키트를 기반으로하며, 이는 피부 상에 초박형 폴리머 층의 방출을 허용한다6. 층상 구조는 또한 센서의 제조 과정 및 피부로의 이송 과정에서 얇은 폴리머 층을 쉽게 취급 할 수 있습니다. 최종 전극은 완전히 순응 가능하며 착용자에게 거의 인식 할 수 없습니다. 섬유 센서는 전기 활성 물질(7)을 사용한 직물 기능화로부터 얻어진 전자 장치이다. 그들은 주로 부드러움, 통기성 및 의복과의 명백한 친화력으로 인해 사용자의 편안함을 보장하기 위해 옷에 통합되거나 단순히 바느질됩니다. 거의 십 년 동안 섬유 및 문신 전극은 표면 전기 생리학 기록 3,8,9에서 평가되어 착용성 및 신호 품질 기록에서 모두 좋은 결과를 보여 주며 단기간 및 장기 평가에서 높은 신호 대 잡음비 (SNR)를보고했습니다. 그들은 또한 웨어러블 생화학 적 땀 분석1,10을위한 잠재적 인 플랫폼으로 생각됩니다.
문신, 섬유 및 일반적으로 유연한 박막 기술 (예 : 파릴렌 또는 다른 엘라스토머와 같은 플라스틱 호일로 만들어진 기술)에 대한 관심이 높아지는 것은 주로 저비용 및 확장 가능한 제조 방법과의 호환성에 의해 촉진됩니다. 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 직접 패터닝, 딥 코팅 및 스탬프 전송은 이러한 종류의 전자 인터페이스(11)를 생산하기 위해 성공적으로 채택되었다. 이 중 잉크젯 인쇄는 가장 진보 된 디지털 및 빠른 프로토 타이핑 기술입니다. 그것은 주로 주변 조건 하에서 그리고 매우 다양한 기판(12) 상에서 비접촉식, 첨가제 방식으로 전도성 잉크의 패터닝에 적용된다. 다수의 웨어러블 센서들이 귀금속 잉크 패터닝(13)을 통해 제조되었지만, 금속 필름은 부서지기 쉽고 기계적으로 응력을 받을 때 균열을 겪는다. 다른 연구 그룹은 금속에 피부와의 기계적 호환성의 특성을 부여하기위한 다양한 전략을 채택했습니다. 이러한 전략은 막 두께를 줄이고 뱀 모양 디자인 또는 주름지고 미리 연신 된 기판(14,15,16)을 사용하는 것을 포함한다. 전도성 고분자와 같은 부드럽고 본질적으로 유연한 전도성 물질은 유연한 생체 전자 장치에서 응용 프로그램을 발견했습니다. 이들의 폴리머 유연성은 전기 및 이온 전도성과 결합됩니다. PEDOT : PSS는 생체 전자 공학에서 가장 많이 사용되는 전도성 폴리머입니다. 그것은 부드러움, 생체 적합성, 지속 가능성 및 인쇄 가공성17을 특징으로하며, 이는 생물 의학 장치의 광범위한 생산과 호환되도록합니다.
획득 시스템에 연결된 평면 전극과 같은 장치는 건강 모니터링에서 생체 전위를 기록 할 수 있습니다. 인체 생체 전위는 신체를 통해 피부 표면까지 전파되는 전기 생성 세포에 의해 생성 된 전기 신호입니다. 전극이 배치되는 위치에 따라, 뇌의 전기적 활동(EEG), 근육(EMG), 심장(ECG) 및 피부 전도도(예를 들어, 생체임피던스 또는 상피 활성, EDA)와 관련된 데이터를 획득할 수 있다. 그런 다음 데이터의 품질을 평가하여 임상 응용 분야에서 전극의 유용성을 평가합니다. 높은 SNR은 그들의 성능(18)을 정의하는데, 이는 전형적으로 최첨단 Ag/AgCl 전극 기록과 비교된다. Ag/AgCl 전극도 높은 SNR을 갖지만 장기적인 작동성과 적합성 웨어러빌리티가 부족합니다. 고품질 생체 신호 기록은 특정 기관의 기능과 관련된 인간의 건강 상태에 대한 통찰력을 제공합니다. 따라서, 편안한 문신 또는 섬유 인터페이스의 이러한 이점은 실제 모바일 건강 모니터링을 가능하게하고 원격 의료(19)의 개발을위한 길을 닦을 수있는 장기적인 응용 프로그램에 대한 약속을 나타냅니다.
이 논문은 건강 바이오 모니터링에서 문신 및 섬유 전극을 제조하고 평가하는 방법을보고합니다. 제작 후에는 새로운 전극이 특징 지어 져야합니다. 전형적으로, 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)은 전달 함수의 관점에서 타겟 인터페이스(예를 들어, 피부)에 대하여 전극의 전기적 성능을 연구하기 위해 채택된다. EIS는 다중 전극의 임피던스 특성을 비교하고 상이한 조건(예: 전극 설계 변경 또는 장기 응답 연구)에서 테스트를 수행하는 데 사용됩니다. 이 백서는 쉬운 설정을 통해 표면 생체 신호의 기록을 보여주고 피부 생체 전위 기록을 위해 검증되어야하는 새로운 제작 전극에 적용 할 수있는 다양한 유형의 생체 신호를 기록하는 사용자 친화적 인 방법을보고합니다.

<table><tbody><tr><td>BiosignalPlux - 전기 생리학 기록을위한 Plux 무선 장치</td><td>PLUX 무선 생체 신호 SA</td><td></td><td>EEG, ECG, EMG, EDA 센서</td></tr><tr><td>Covidien Kendal 일회용 전극, 의료용 일회용 전극 (Pregelled, 24mm)</td><td>Covidien / Kendal (공식적으로 Tyco) ARBO 전극</td><td>H124SG</td><td>전기 생리학 용 상업용 Ag / AgCl 전극</td></tr><tr><td>Dimatix 잉크젯 프린터</td><td>후지 필름</td><td>DMP 2800</td><td>잉크젯 프린터</td></tr><tr><td>레이저 절단기</td><td>범용 레이저 시스템</td><td>VLS 3.50, 50W</td><td>문신 전극 제작용 접착제 시트를 절단하는 레이저 절단기</td></tr><tr><td>NOVA</td><td>Metrohm Autolab</td><td>NOVA 2.1</td><td>Autolab 기기를 제어하는 전기 화학 소프트웨어</td></tr><tr><td>OpenSignals</td><td>2020 PLUX 무선 생체 신호, SA</td><td></td><td>PLUX 장치와 직접 상호 작용할 수 있는 실시간 생체 신호 시각화를 위한 소프트웨어 제품군</td></tr><tr><td>PEDOT:PSS 잉크젯 인쇄 가능한 잉크</td><td>Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG</td><td>CLEVIOS Pjet 700</td><td></td></tr><tr><td>폴리에틸렌 나프탈렌(PEN) 호일</td><td>&nbsp; Goodfellow</td><td>두께 1.3 &mu; m</td><td>문신 전극 상호 연결 제작</td></tr><tr><td>폴리이 미드 테이프</td><td>3M</td><td>캡톤 테이프에 사용 3M, 두께 50 &mu; m</td>: <td>문신, 전극, 상호 연결, 제작,</td></tr><tr><td>Potentiostat</td>, <td>Metrohm, Autolab, Autolab</td>, <td>Potentiostat B.V.</td>에 사용됩니다.<td>EIS 측정에 사용</td></tr><tr><td>실루엣 임시 문신 종이 키트</td><td>Silhouette Americ, Inc, US</td><td></td><td>문신 기반 전극용 기판</td></tr><tr><td>Wowen 섬유 100% 면 및 시판되는 팬티 스타킹</td><td></td><td></td><td>섬유 기반 전극용 기판</td></tr></tbody></table>

적합성 웨어러블 전극: 제작에서 전기생리학적 평가에 이르기까지

Conformable Wearable Electrodes: From Fabrication to Electrophysiological Assessment

웨어러블 전자 장치는 신체 활동 추적 중에 주로 변경된 신체 신호를 모니터링하는 데 중요한 역할을하고 있습니다. 사물 인터넷 시대의 부상으로 인한 원격 의료 및 개인화 된 치료에 대한 관심이 높아짐에 따라 웨어러블 센서는 응용 분야를 의료 분야로 확대했습니다. 임상 관련 데이터의 수집을 보장하기 위해 이러한 장치는 인체와 호환 가능한 인터페이스를 구축하여 고품질 기록 및 장기 작동을 제공해야 합니다. 이를 위해이 논문은 광범위한 표면 전기 생리학 기록에서 웨어러블 유기 전자 장치로 응용 프로그램을 위해 순응 가능한 얇은 문신 및 부드러운 섬유 기반 센서를 쉽게 제작하는 방법을 제시합니다. 
이 센서는 기성품의 웨어러블 기판에서 바이오 일렉트로닉스에서 가장 널리 사용되는 전도성 폴리머인 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)를 사용하여 비용 효율적이고 확장 가능한 피부 전극 패터닝 공정을 통해 개발되었습니다. 이 논문은 임피던스 분광법을 통한 전극 특성화의 주요 단계를 제시하여 피부와 결합 될 때 신호 전달에서의 성능을 조사합니다. 임상 금 표준과 관련하여 새로운 센서의 성능을 위치시키기 위해서는 비교 연구가 필요합니다. 제작된 센서의 성능을 검증하기 위해 이 프로토콜은 실험실 환경에서 사용자 친화적이고 휴대용 전자 설정을 통해 다양한 구성에서 다양한 생체 신호 기록을 수행하는 방법을 보여줍니다. 이 방법 논문은 인체 건강 모니터링을위한 웨어러블 센서의 현재 상태를 발전시키기 위해 여러 실험 이니셔티브를 가능하게합니다.

이 논문은 잉크젯 인쇄에 의한 편안한 피부 접촉 전극의 제조와 이를 특성화하고 전기 생리학 기록을 수행하는 방법을 보여줍니다. PEDOT:PSS 잉크젯 인쇄의 제조 단계를 직물(그림 1A), PEN(그림 1B) 및 문신 용지(그림 1C,D)와 같은 다른 기판에 직접 보고했습니다. 프로토콜 단계 1.2.1에서 제안된 설계. 및 1.3.1.5 단계. 전극을 클리닉에서 주로 채택한 최첨단 Ag/AgCl과 비교하기 위해 1cm2의 원형 감지 영역을 정의합니다.
전극의 성능을 특성화하기 위해, 전극의 임피던스는 세 전극 EIS 셋업을 통해 측정되었다(그림 2A,B). 이 방법은 팔에 놓인 전극으로 ...

문신과 섬유의 두 가지 최근 기술은 피부 감각에서 유망한 결과를 보여주었습니다. 여기에서는 피부 전기 생리 감지를위한 문신 및 섬유 전극의 제조 및 평가 방법을 제시합니다. 전도성 폴리머로 만들어진 이러한 전자 인터페이스는 편안함과 감도 측면에서 기존 표준을 능가합니다.

Wearable electronic devices are becoming key players in monitoring the body signals predominantly altered during physical activity tracking. Considering ...

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.

conformable-wearable-electrodes-from-fabrication-to

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

이 문서 biofabrication 접근 방식을 설명합니다 : 세포 또는 단백질과 기능화 수 biocompatible 영화를 만드는 편견 전극의 존재에 자극 - 반응 다당류의 증착. 우리는 실험실 - 온 - 칩 애플 리케이션을위한 인터랙티브 biofunctionalized 표면을 만들기위한 영화뿐만 아니라 그들의 기본적인 용도의 생성을위한 벤치 최고 전략을 보여줍니다.

Biofabrication와 바이오 전자 인터페이스 브리지

이 비디오는 평평한 신경 감싸는 전극의 제작을 보여줍니다. 효과적인 녹음 표면을 위해 차폐 금속과 정밀한 폴리머 레이어링의 통합을 보여줍니다. 이 과정에는 최적의 신경 접촉과 정확한 신호 기록을 위해 폴리머 층을 부착, 경화, 트리밍 및 절단하는 작업이 포함됩니다.

신경 활동을 기록하기 위한 평면 신경 전극의 제작

이 기사에서는 임상 응용 분야, 특히 피부 상처 관리에 사용하기 위해 등각적이고 피부와 유사한 전자 시스템 및 프로토콜을 제작하고 특성화하는 방법을 제시합니다.

양적, 피부가 상처 관리를위한 등각 피부와 같은 전자 시스템의 제조 및 특성

이 문서에서는 높은 접촉 밀도 평면 인터페이스 신경 전극 (FINE)의 제조 공정에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 이 전극은 기록 및 말초 신경 내에서 선택적으로 신경 활동을 자극에 최적화되어 있습니다.

녹화 및 자극 애플리케이션을위한 높은 접촉 밀도의 제작, 평면 인터페이스 신경 전극

본 논문에서는 선택적으로 웨어러블 유기 전자 장치의 직접 통합 할 수 섬유에 유기 물질을 증착하는 프로토콜을 제시한다. 제작 된 소자는 완전히 기계적 모양을 존중하고 감지 기능을 가능하게 직물에 통합 될 수있다.

섬유에 유기 전자 장치를위한 간편하고 확장 가능한 제조 방법

이 프로토콜은 완벽하게 내장 된 두꺼운 금속 메쉬를 사용하여 고성능의 유연한 투명 전극을위한 솔루션 기반 제조 전략을 설명합니다. 이 공정으로 제조 된 유연한 투명 전극은 초저 시트 저항, 높은 광 투과율, 굴곡시의 기계적 안정성, 강한 기판 접착력, 표면 평활성 및 환경 안정성을 포함하여보고 된 최고 성능을 입증합니다.

임베디드 메탈 망을 이용한 고성능의 유연하고 투명한 전극을위한 확장 가능한 솔루션 공정 제조 전략

유연한 전극은 소프트 로봇 공학 및 웨어러블 전자 장치에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 현재 프로토콜은 리소그래피로 정의된 미세유체 채널을 통해 고분해능으로 신축성이 높은 전극을 제조하는 새로운 전략을 보여주며, 이는 미래의 고성능 연질 압력 센서를 위한 길을 열어줍니다.

미세유체 채널 기반 연질 전극 및 용량성 압력 감지에서의 적용

밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템은 생체 내에서 마우스 뇌의 경두개 자기 자극을 유도하기 위해 제안되었습니다. 맞춤형의 유연한 다중 전극 어레이 기판이 있는 기존의 나사 전극을 사용하여 경두개 자기 자극에 대한 반응으로 마우스 뇌에서 다중 부위 기록을 수행할 수 있습니다.

생체 내에서 마우스 뇌를 경두개로 자극하기 위해 밀리미터 크기의 코일과 결합된 저비용 뇌파 기록 시스템

우리의 목적은 epimysial electromysial electromyography 전극의 제조 및 테스트에 대한 업데이트되고 따라하기 쉬운 가이드를 제공하는 것이었습니다. 이를 위해 재료 소싱에 대한 지침과 제조 및 테스트 프로세스에 대한 자세한 안내를 제공합니다.

저비용 Epimysial Electromysial Electromyography Electroode 개발: 제조 및 테스트를 위한 간소화된 워크플로우

우리는 전극 제조를 위한 간단하고 비용 효율적인 접근 방식을 개발했으며 자유롭게 움직이는 마우스에서 여러 영역에 걸쳐 신호를 기록했습니다. 다중 지역 전기 생리학 및 칼슘 신호 기록과 함께 광유전학을 활용하면 발작 점화 모델에서 여러 지역의 신경 활동을 밝힐 수 있었습니다.

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이 프로토콜은 광학 및 전기 양방향 생체 인터페이스를 위한 고급 재료 제조 및 생체 외 쥐 심장 방법을 간략하게 설명하여 생체 전자 연구를 위한 정확한 심장 자극, 기록 및 경색 모델링을 가능하게 합니다.

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학습하세요 피부 전기생리학적 감지를 위한 문신 및 섬유 전극의 제작 및 평가 방법을. 이 연구는 유연한 기판에 전도성 잉크를 인쇄하여 인체 신호를 고해상도로 모니터링하는 기술을 제시합니다.

적합성 웨어러블 전극: 제작에서 전기생리학적 평가에 이르기까지

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