Électrodes portables conformables : de la fabrication à l’évaluation électrophysiologique

Résumé

Deux technologies récentes - tatouage et textiles - ont démontré des résultats prometteurs dans la détection cutanée. Nous présentons ici les méthodes de fabrication et d’évaluation des électrodes de tatouage et textiles pour la détection électrophysiologique cutanée. Ces interfaces électroniques en polymères conducteurs surpassent les normes existantes en termes de confort et de sensibilité.

Résumé

Les appareils électroniques portables deviennent des acteurs clés dans la surveillance des signaux corporels principalement altérés lors du suivi de l’activité physique. Compte tenu de l’intérêt croissant pour la télémédecine et les soins personnalisés provoqué par l’essor de l’ère de l’Internet des objets, les capteurs portables ont élargi leur champ d’application aux soins de santé. Pour assurer la collecte de données cliniquement pertinentes, ces dispositifs doivent établir des interfaces conformes avec le corps humain afin de fournir des enregistrements de haute qualité de signal et un fonctionnement à long terme. À cette fin, cet article présente une méthode permettant de fabriquer facilement des capteurs à base de tatouage mince et de textile souple conformables pour leur application en tant que dispositifs électroniques organiques portables dans un large éventail d’enregistrements électrophysiologiques de surface.

Les capteurs sont développés grâce à un processus rentable et évolutif de modelage d’électrodes cutanées utilisant le poly(3,4-éthylènedioxythiophène)-poly(styrènesulfonate) (PEDOT:PSS), le polymère conducteur le plus populaire en bioélectronique, sur des substrats portables prêts à l’emploi. Cet article présente les étapes clés de la caractérisation des électrodes par spectroscopie d’impédance pour étudier leur performance dans la transduction du signal lorsqu’elle est couplée à la peau. Des études comparatives sont nécessaires pour positionner les performances de nouveaux capteurs par rapport à l’étalon-or clinique. Pour valider les performances des capteurs fabriqués, ce protocole montre comment effectuer divers enregistrements de biosignaux à partir de différentes configurations grâce à une configuration électronique conviviale et portable dans un environnement de laboratoire. Ce document sur les méthodes permettra à de multiples initiatives expérimentales de faire progresser l’état actuel de la technique en matière de capteurs portables pour la surveillance de la santé du corps humain.

Introduction

L’enregistrement biopotentiel non invasif est effectué à l’aide d’électrodes de contact avec la peau, fournissant une grande quantité de données sur l’état physiologique du corps humain en matière de conditionnement physique et de soins de santé¹. De nouveaux types de dispositifs de biosurveillance portables ont été développés à partir des dernières avancées technologiques en électronique grâce à la réduction d’échelle des composants de contrôle et de communication intégrés aux dimensions portables. Les appareils de surveillance intelligents envahissent le marché quotidiennement, offrant de multiples capacités de surveillance dans le but ultime....

Protocole

REMARQUE : Les expériences impliquant des sujets humains n’impliquaient pas la collecte de renseignements privés identifiables liés à l’état de santé de la personne et ne sont utilisées ici qu’à des fins de démonstration technologique. Les données ont été calculées en moyenne sur trois sujets différents. Les enregistrements électrophysiologiques ont été extraits de données précédemment publiées ^6,21.

1. Fabrication d’électrodes PEDOT:PSS imprimées à jet d’encre

REMARQUE: Le protocole suivant a été utilisé pour fabriquer des électrodes pour ....

Résultats

Cet article montre la fabrication d’électrodes confortables en contact avec la peau par impression à jet d’encre et une méthode pour les caractériser et effectuer des enregistrements électrophysiologiques. Nous avons signalé les étapes de fabrication de l’impression jet d’encre PEDOT:PSS directement sur différents substrats, tels que le tissu (Figure 1A), le PEN (Figure 1B) et le papier de tatouage (Figure 1C, D) po.......

Discussion

Cet article décrit un processus facile et évolutif pour fabriquer des électrodes portables et démontre une méthode d’enregistrement des biosignaux électrophysiologiques. Il utilise trois exemples de substrats portables, tels que le tatouage, le textile et les films minces. Il explique comment construire un capteur sur ces substrats et caractériser ses performances avant son application. Pour fabriquer les électrodes ici, nous avons utilisé PEDOT:PSS, un polymère conducteur qui se distingue des conducteurs à base de métal.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Biosignalplux - Appareil sans fil Plux pour les enregistrements électrophysiologiques	PLUX Wireless Biosignals S.A		EEG, ECG, EMG, EDA Capteurs
Covidien Kendal Électrodes jetables, électrodes jetables de qualité médicale (prégellées, 24 mm)	Covidien / Kendal (anciennement Tyco) Électrodes ARBO	H124SG	Électrodes commerciales Ag/AgCl pour l’électrophysiologie
Imprimante à jet d’encre Dimatix	Fujifilm	DMP 2800	Imprimante à jet d’encre
Découpeuse laser	Universal Laser Systems	VLS 3.50, 50 W	Découpeuse laser pour couper la feuille de colle pour la fabrication d’électrodes de tatouage
NOVA	Metrohm Autolab	NOVA 2.1	Logiciel d’électrochimie pour contrôler les instruments Autolab
OpenSignals	2020 PLUX wireless biosignals, S.A.		Suite logicielle pour la visualisation de biosignaux en temps réel, capable d’interagir directement avec les appareils PLUX
PEDOT :PSS encre imprimable	Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG	CLEVIOS Pjet 700
Feuille de polyéthylène naphtalène (PEN)	; Goodfellow	épaisseur 1,3 &mu ; m	Utilisé pour la fabrication d’interconnexion d’électrodes
de tatouage Ruban polyimide	3M	Ruban Kapton par 3 M, épaisseur 50 &mu ; m	Utilisé pour la fabrication d’interconnexion d’électrodes de tatouage
Potentiostat	Metrohm Autolab	Autolab potentiostat B.V.	Utilisé pour les mesures EIS
Kit de papier de tatouage temporaire Silhouette	Silhouette Americ, Inc, US		Substrat pour électrodes à base de tatouage
Textile Wowen 100 % coton et collants			Substrat pour électrodes à base de textile

disponibles dans le commerce