Совместимые носимые электроды: от изготовления до электрофизиологической оценки

Носимые электронные устройства являются сегодня ключевыми игроками в мониторинге сигналов человеческого тела. Для обеспечения высокого разрешения сигнала и длительной работы кожных датчиков необходимо разработать совместимые интерфейсы кожи. Здесь мы представим, как легко изготавливать, характеризовать и использовать тактильные и мягкие текстильные электроды в качестве носимых органических электронных датчиков.

Чтобы проверить производительность наших изготовленных датчиков, мы применяем портативную электронную систему для записи различных электрофизиологических сигналов от человеческого тела. Мы предлагаем несколько конфигураций для записи различных физиологических сигналов просто в лаборатории. Следующий протокол был использован для изготовления электродов на коммерчески гибких подложках, таких как татуировочная бумага и текстиль.

Коммерческий набор тату-бумаги также поставляется с клеевым листом. Татуировочная бумага имеет слоистую структуру, включающую поддерживающий бумажный лист, водорастворимый слой поливинилового спирта, съемную полиуретановую пленку и самый верхний слой ПВА. Чтобы изготовить носимый датчик, начните с вырезания интересующего подмножества.

Поместите подмножество на печатную пластину, заклеив его границу, чтобы она оставалась плоской. Затем заполните картридж принтера коммерческими чернилами PWSs после его фильтрации. Это точная дисперсия проводящего полимера.

Затем распечатайте свой дизайн на подложке. Для татуировочной бумаги и текстиля, которые обладают более высокой поверхностной энергией, задаются параметры печати с интервалом около 15 или 20 микрометров. После этого высушите электрод в духовке при 110 градусах Цельсия в течение 15 минут до полного выпаривания растворителя.

Окончательный печатный датчик должен выглядеть так на тату-бумаге, ткани, ПЭТ и растягивающемся текстиле. Чтобы изготовить внешний разъем к системе позиционирования, вырежьте прямоугольный кусок ультратонкой подложки, такой как PEN. Напечатайте поверх него прямоугольный дизайн с тремя слоями PWS.

Ламинируйте ультратонкое соединение на два электрода. Вырежьте отверстие в бумаге для татуировки клеевым листом. Выровняйте все это с сигнальной зондной частью электрода татуировки PWSs.

Добавьте кусочек полимерной ленты на свободный конец соединения PEN. Чтобы перенести электрод татуировки, снимите клеевой вкладыш. Нанесите татуировку на нужный участок кожи.

Смочите правую заднюю опорную бумагу, удерживая татуировку в нужном положении. Как только задняя опорная бумага промокнет, сдвиньте ее, чтобы удалить ее, оставив только электродный конец переносной ультрапленки на коже. Затем подключите плоский контакт PEN к внешнему блоку сбора.

Для характеристики изготовленного электрода с помощью электрохимической импедансной спектроскопии выполняют измерения тела. Во-первых, убедитесь, что волонтер удобно сидит с рукой, расположенной на столе в состоянии покоя. Затем поместите один электрод на кожу и подключите его к рабочей чувствительной паре потенциального старта.

Затем поместите еще один электрод на расстоянии трех сантиметров от первого и подключите его к встречному электроду. Наконец, поместите третий электрод на колено и подключите его к электродному кабелю опорного напряжения. Затем начните измерение с потенциального старта.

Подайте ток между счетчиком и рабочими электродами и измерьте изменение потенциала в эталонной и чувствительной паре. Обратите внимание, что выходное сопротивление, рассчитанное на каждой частоте, состоит из двух вкладов. Кожный импеданс, а кожа-электрод контактный импеданс.

В следующем разделе описывается лестничное размещение для каждого интересующего биосигнала. Пример электровизуального мониторинга изделий с использованием коммерчески доступных электродов C-left и C-right. Для ЭКГ адаптируйте конфигурацию с тремя электродами, один из которых используется в качестве заземления.

Для электрической активности мозга, ЭЭГ, поместите электроды на лоб и вокруг наружных ушей. Для измерения электродермальной активности, EDA, поместите два электрода в верхнюю часть левой руки. Затем выполните запись, пока субъект находится в состоянии покоя или занимается физическими упражнениями.

Чтобы охарактеризовать характеристики электрода, мы сообщили о репрезентативном импедансе текстильных электродов. Текстильные электроды демонстрируют немного более высокий, но сопоставимый импеданс, чем СПЕЧЕННЫЕ CI правые стандартные электроды. Форма моделей импеданса указывает на несколько более высокое резистивное поведение в случае текстильных электродов.

Принимая во внимание, что стандартные CI, спеченные справа, демонстрируют типичное поведение резистивной емкости. Размещая электроды на коже в разных областях тела, мы получаем доступ к нескольким биосигналам. Трассировка ЭЭГ сместила запись электрической активности популяции активных нейронов.

Одной из основных групп мозговых волн является Альфа между 8 и 13 герц. Альфа-волны отражают состояние мозга при расслаблении и могут быть вызваны, попросив субъекта закрыть глаза. Серая вертикальная линия тире отмечает момент в записи, когда добровольца попросили открыть глаза.

Трассировка ЭКГ показывает поляризацию и поляризацию предсердий и желудочков сердца, представленную характерным рисунком, состоящим из волны Р, комплекса IQRS и волны Т. Пики R показывают самую высокую амплитуду и используются для расчета частоты сердечных сокращений, учитывая время между двумя последовательными. Мы записали трассировку ЭМГ, в то время как доброволец постепенно увеличивал силу R-мышц.

Интенсификация мышечной активности количественно определяется увеличением амплитуды пиков напряжения. При трассировке ЭМГ всплески с амплитудой от нескольких микровольт до нескольких мини-вольт в диапазоне частот от 10 до тысяч герц отражают мышечную гиперактивность, приводимую в действие двигательного блока потенциалами действия. Трассировка EDA обычно состоит из тонизирующего и нечеткого компонентов.

Тонизирующий компонент отражает уровень проводимости кожи и соответствует фоновому сигналу. Нечеткий компонент отражает реакцию субъекта на определенный стимул, и его можно обнаружить по изменению значения проводимости кожи. Эта трассировка используется для оценки уровня стресса человека и гидратации организма.

С помощью нашего протокола мы получаем мягкий и удобный датчик кожи для рисунка проводящих чернил на часто мягких клетках прямо. И печать - это локальная и масштабируемая техника, которая выделяется из традиционных процессов микроэлектронного изготовления. Предлагаемый способ описывает, как получить электросигнал, который варьируется от слабой нервной активности до высокой мощности сокращения мышц.

Сигнал позволяет проникнуть внутрь организма пользователя в физиологическом состоянии. В качестве роли мы представляем первый шаг к возможности бесшовных вербальных устройств для различных моих медицинских применений, которые перешли от фитнеса к мониторингу здравоохранения.