Eletrodos vestíveis conformáveis: da fabricação à avaliação eletrofisiológica

Dispositivos eletrônicos vestíveis são os principais jogadores de hoje no monitoramento de sinais do corpo humano. Interfaces de pele conformáveis são necessárias para serem desenvolvidas para fornecer alta resolução de sinal e operação a longo prazo de sensores cutâneos. Aqui apresentaremos como fabricar, caracterizar e usar eletrodos têxteis táteis e macios como sensores eletrônicos orgânicos vestíveis.

Para validar o desempenho de nossos sensores fabricados, aplicamos um sistema eletrônico portátil para registrar vários sinais eletrofisiológicos do corpo humano. Propomos configuração múltipla para gravar vários sinais fisiológicos simplesmente no laboratório. O protocolo a seguir tem sido usado para fabricar eletrodos em substratos comercialmente flexíveis, como papel tatuado e têxtil.

O kit de papel tatuado comercial também é fornecido com a folha de cola. O papel de tatuagem tem uma estrutura em camadas, incluindo uma folha de papel de suporte, uma camada de álcool polivinyl solúvel em água, uma película de poliuretano liberado e uma camada PVA mais alta. Para fabricar o sensor vestível, comece cortando o subconjunto de juros.

Coloque o subconjunto na placa da impressora, gravando sua borda para mantê-lo plano. Em seguida, encha o cartucho da impressora com a tinta comercial PWSS depois de filtrar. Esta é uma dispersão precisa do polímero condutor.

Em seguida, imprima seu design no substrato. Para papel tatuado e têxtil, que têm mais a alta energia superficial, definido nos parâmetros de impressão o espaçamento de cerca de 15 ou 20 micrômetros. Depois, seque o eletrodo no forno a 110 graus Celsius por 15 minutos para completar a evaporação do solvente.

O sensor impresso final deve ficar assim em papel tatuado, tecido, PET e têxtil elástico. Para fabricar o conector externo ao sistema de posição, corte uma peça retangular de substrato ultra fino, como o PEN. Imprima em cima dele um design retangular com três camadas de PWSs.

Lamine a interconexão ultra fina no eletrodo. Corte um buraco na folha de cola de papel de tatuagem. Alinhe tudo isso com a parte de sensoriamento de sinal do eletrodo PWSs da tatuagem.

Adicione um pedaço de fita polímera na extremidade livre da interconexão PEN. Para transferir o eletrodo da tatuagem, remova o forro de cola. Coloque a tatuagem na parte desejada da pele.

Úmido direito o papel de apoio traseiro, mantendo a tatuagem em posição. Uma vez que o papel de suporte traseiro esteja encharcado, deslize-o para removê-lo, deixando apenas a extremidade eletrodo do ultra filme transferível na pele. Em seguida, conecte o contato pen plano à unidade de aquisição externa.

Para caracterizar o eletrodo fabricado utilizando espectroscopia eletroquímica de impedância, realize na medição do corpo. Em primeiro lugar, certifique-se de que o voluntário está confortavelmente sentado com um braço colocado sobre a mesa em repouso. Em seguida, coloque um eletrodo na pele e conecte-o ao casal de sensoriamento de trabalho do potencial de partida.

Em seguida, coloque outro eletrodo três centímetros de distância do primeiro e conecte-o ao eletrodo do contador. Por fim, coloque o terceiro eletrodo no cotovelo e conecte-o ao cabo eletrodo de referência. Em seguida, inicie a medição com o potencial de início.

Aplique uma corrente entre o contador e os eletrodos de trabalho, e meça a variação potencial entre a referência e o casal sensoriado. Observe que a impedância de saída calculada em cada frequência consiste em duas contribuições. A impedância da pele, e a impedância de contato pele-eletrodo.

A seção a seguir descreve a colocação escalada para cada sinal biográfico de interesse. Um exemplo de monitoramento de artigos eletro visuais usando eletrodos C-esquerda e C-direita disponíveis comercialmente. Para ecg, adapte uma configuração com três eletrodos, um usado como solo.

Para a atividade elétrica cerebral, EEG, coloque os eletrodos na testa e ao redor das orelhas externas. Para a medição da atividade eletrodérmica, EDA, coloque dois eletrodos na parte superior da mão esquerda. Em seguida, realize a gravação enquanto o sujeito está em repouso ou fazendo exercício físico.

Para caracterizar as performances do eletrodo, relatamos a impedância representativa dos eletrodos têxteis. Eletrodos têxteis apresentam impedância ligeiramente maior, mas comparável do que os eletrodos padrão direito da CI. A forma dos modelos de impedância indica um comportamento um pouco mais agressivo no caso dos eletrodos têxteis.

Considerando que a CI padrão sintered right show típico de capacidade resistiva. Colocando eletrodos na pele em diferentes áreas do corpo, temos acesso a múltiplos sinais biográficos. O rastreamento do EEG deslocou o registro de atividade elétrica da população de neurônios ativos.

Um dos grupos básicos de ondas cerebrais é o Alfa entre 8 e 13 hertz. As ondas Alfa refletem o estado do cérebro sob relaxamento e podem ser induzidas pedindo ao sujeito para fechar os olhos. A linha de traço vertical cinza marca o momento da gravação quando o voluntário foi convidado a abrir os olhos.

O rastreamento do ECG mostra a polarização e a polarização do átrio e ventrículos do coração, representados pelo padrão característico composto pela onda P, complexo IQRS e uma onda T. Os picos R mostram a maior amplitude e são usados para calcular a frequência cardíaca considerando o tempo entre dois consecutivos. Registramos o rastreamento emg enquanto o voluntário aumentou progressivamente a força dos músculos R.

A atividade muscular intensificada é quantificada pelo aumento da amplitude dos picos de tensão. Em um rastreamento EMG, picos com amplitude de poucos microvolt a poucos mini volts na faixa de frequência de 10 a mil hertz refletem o músculo da hiper atividade, impulsionado pelos potenciais de ação da unidade motora. O rastreamento EDA é tipicamente composto de um tônico e um componente fuzzy.

O componente tônico reflete o nível de condutância da pele e corresponde ao sinal de fundo. O componente difuso reflete a resposta do sujeito a um estímulo específico, e é detectável pela mudança no valor de conduance da pele. Este rastreamento é usado para avaliar o nível de estresse humano e hidratação corporal.

Com nosso protocolo, obtemos sensor de pele macio e confortável para a padronização de uma tinta condutora em células muitas vezes macias retas. E a impressão é uma técnica local e escalável que se destaca dos processos tradicionais de micro fabricação eletrônica. O método proposto descreve como adquirir sinal eletro que varia de atividade neuro fraca à contração muscular de alta potência.

O sinal permite entrar no estado fisiológico do corpo do usuário. De um papel, apresentamos o passo inicial sobre a viabilidade de dispositivos verbais sem emendas para uma variedade da minha aplicação médica, que passou do fitness ao monitoramento da saúde.