$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Неинвазивная биопотенциальная запись осуществляется с помощью контактирующих с кожей электродов, обеспечивая огромное количество данных о физиологическом состоянии человеческого организма в фитнесе и здравоохранении1. Новые типы носимых устройств биомониторинга были разработаны на основе последних технологических достижений в электронике путем уменьшения масштаба интегрированных компонентов управления и связи с портативными размерами. Интеллектуальные устройства мониторинга ежедневно пронизывают рынок, предлагая множество возможностей мониторинга с конечной целью обеспечения достаточного физиологического контента для обеспечения медицинской диагностики2. Поэтому безопасные, надежные и надежные интерфейсы с человеческим телом представляют собой критические проблемы в разработке законных носимых технологий для здравоохранения. Татуировочные и текстильные электроды в последнее время появились как надежные и стабильные интерфейсы, воспринимаемые как инновационные, удобные устройства для носимого биозондирования 3,4,5.
Датчики татуировки представляют собой сухие и тонкие интерфейсы, которые благодаря своей низкой толщине (~ 1 мкм) обеспечивают безадгезивный, совместимый контакт с кожей. Они основаны на коммерчески доступном наборе тату-бумаги, состоящем из слоистой структуры, которая позволяет высвобождать ультратонкий полимерный слой на коже6. Слоистая структура также позволяет легко обращаться с тонким полимерным слоем во время процесса изготовления датчика и его переноса на кожу. Конечный электрод полностью конфидентен и почти незаметен для владельца. Текстильные датчики представляют собой электронные устройства, полученные из функционализации ткани электроактивными материалами7. Они в основном интегрированы или просто вшиты в одежду, чтобы обеспечить комфорт пользователя из-за их мягкости, воздухопроницаемости и очевидного сходства с одеждой. В течение почти десятилетия текстильные и татуировочные электроды оценивались в поверхностных электрофизиологических записях 3,8,9, показывая хорошие результаты как в записях носимости и качества сигнала, так и сообщая о высоком соотношении сигнал/шум (SNR) в краткосрочных и долгосрочных оценках. Они также задуманы как потенциальная платформа для носимого биохимического анализа пота 1,10.
Растущему интересу к татуировочным, текстильным и, в целом, гибким тонкопленочным технологиям (например, изготовленным из пластиковой фольги, такой как парилен или различные эластомеры) в основном способствует совместимость с недорогими и масштабируемыми методами изготовления. Трафаретная печать, струйная печать, прямое нанесение рисунков, погружное покрытие и перенос штампов были успешно приняты для производства таких видов электронных интерфейсов11. Среди них струйная печать является самой передовой цифровой и быстрой техникой прототипирования. Он в основном применяется для моделирования проводящих чернил бесконтактным, аддитивным способом в условиях окружающей среды и на большом разнообразии подложек12. Несмотря на то, что несколько носимых датчиков были изготовлены с помощью чернил из благородного металла13, металлические пленки хрупкие и подвергаются растрескиванию при механическом напряжении. Различные исследовательские группы приняли разные стратегии, чтобы наделить металлы свойством механической совместимости с кожей. Эти стратегии включают уменьшение толщины пленки и использование змеевидных конструкций или морщинистых и предварительно вытянутых подложек 14,15,16. Мягкие и по своей сути гибкие проводящие материалы, такие как проводящие полимеры, нашли свое применение в гибких биоэлектронных устройствах. Их полимерная гибкость сочетается с электрической и ионной проводимостью. PEDOT:PSS является наиболее используемым проводящим полимером в биоэлектронике. Он характеризуется мягкостью, биосовместимостью, устойчивостью и обрабатываемостью печати17, что делает его совместимым с широко распространенным производством биомедицинских устройств.
Устройства, такие как планарные электроды, подключенные к системе сбора, позволяют регистрировать биопотенциалы в мониторинге здоровья. Биопотенциалы человеческого тела представляют собой электрические сигналы, генерируемые электрогенными клетками, которые распространяются по телу до поверхности кожи. В зависимости от того, где размещены электроды, можно получить данные, связанные с электрической активностью мозга (ЭЭГ), мышц (ЭМГ), сердца (ЭКГ) и проводимостью кожи (например, биоимпеданс или электродермальная активность, ЭДА). Затем оценивается качество данных для оценки удобства использования электродов в клинических приложениях. Высокий SNR определяет их производительность18, которая обычно сравнивается с современными электродными записями Ag / AgCl. Хотя электроды Ag/AgCl также имеют высокий SNR, им не хватает долгосрочной эксплуатационной способности и конформируемой носимости. Высококачественные записи биосигналов дают представление о состоянии здоровья человека, связанном с функцией конкретного органа. Таким образом, эти преимущества удобных татуировочных или текстильных интерфейсов указывают на их перспективность для долгосрочных применений, которые могут обеспечить реальный мобильный мониторинг здоровья и проложить путь для развития телемедицины19.
В этой статье сообщается, как изготовить и оценить татуировки и текстильные электроды в биомониторинге здоровья. После его изготовления необходимо охарактеризовать новый электрод. Как правило, электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) используется для изучения электрических характеристик электрода по отношению к целевому интерфейсу (например, коже) с точки зрения передаточной функции. EIS используется для сравнения импедансных характеристик нескольких электродов и проведения испытаний в различных условиях (например, изменение конструкции электрода или изучение долгосрочных реакций). В этой статье показана регистрация поверхностных биосигналов с помощью простой настройки и сообщается о удобном для пользователя методе записи различных типов биосигналов, применимых к любому новому изготовленному электроду, который необходимо проверить для кожных биопотенциальных записей.