Due recenti tecnologie – tatuaggio e tessuti – hanno dimostrato risultati promettenti nel rilevamento cutaneo. Qui presentiamo i metodi di fabbricazione e valutazione di elettrodi per tatuaggi e tessuti per il rilevamento elettrofisiologico cutaneo. Queste interfacce elettroniche realizzate in polimeri conduttivi superano gli standard esistenti in termini di comfort e sensibilità.
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Articolo metodologico
Elettrodi indossabili conformabili: dalla fabbricazione alla valutazione elettrofisiologica
In questo articolo
Sommario
Abstract
I dispositivi elettronici indossabili stanno diventando attori chiave nel monitoraggio dei segnali corporei prevalentemente alterati durante il monitoraggio dell'attività fisica. Considerando il crescente interesse per la telemedicina e l'assistenza personalizzata guidato dall'ascesa dell'era dell'Internet of Things, i sensori indossabili hanno ampliato il loro campo di applicazione nell'assistenza sanitaria. Per garantire la raccolta di dati clinicamente rilevanti, questi dispositivi devono stabilire interfacce conformabili con il corpo umano per fornire registrazioni di alta qualità del segnale e funzionamento a lungo termine. A tal fine, questo documento presenta un metodo per fabbricare facilmente sensori sottili conformi a base di tatuaggi e tessuti morbidi per la loro applicazione come dispositivi elettronici organici indossabili in un ampio spettro di registrazioni elettrofisiologiche di superficie.
I sensori sono sviluppati attraverso un processo economico e scalabile di pattern di elettrodi cutanei utilizzando poli(3,4-etilendiossitiofene)-poli(stirenesolfonato) (PEDOT:PSS), il polimero conduttivo più popolare nella bioelettronica, su substrati indossabili pronti all'uso. Questo documento presenta i passaggi chiave nella caratterizzazione degli elettrodi attraverso la spettroscopia di impedenza per studiare le loro prestazioni nella trasduzione del segnale quando accoppiati con la pelle. Sono necessari studi comparativi per posizionare le prestazioni dei nuovi sensori rispetto al gold standard clinico. Per convalidare le prestazioni dei sensori fabbricati, questo protocollo mostra come eseguire varie registrazioni di biosegnali da diverse configurazioni attraverso una configurazione elettronica user-friendly e portatile in un ambiente di laboratorio. Questo documento sui metodi consentirà molteplici iniziative sperimentali per far progredire l'attuale stato dell'arte nei sensori indossabili per il monitoraggio della salute del corpo umano.
Introduzione
La registrazione biopotenziale non invasiva viene eseguita attraverso elettrodi a contatto con la pelle, fornendo una grande quantità di dati sullo stato fisiologico del corpo umano in fitness e assistenza sanitaria1. Nuovi tipi di dispositivi di biomonitoraggio indossabili sono stati sviluppati dagli ultimi progressi tecnologici nell'elettronica attraverso il downscaling di componenti di controllo e comunicazione integrati a dimensioni portatili. I dispositivi di monitoraggio intelligenti pervadono quotidianamente il mercato, offrendo molteplici funzionalità di monitoraggio con l'obiettivo finale di fornire contenuti fisiologici sufficienti pe....
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Protocollo
NOTA: Gli esperimenti che coinvolgono soggetti umani non hanno comportato la raccolta di informazioni private identificabili relative allo stato di salute dell'individuo e sono utilizzati qui solo per dimostrazioni tecnologiche. I dati sono stati calcolati in media su tre soggetti diversi. Le registrazioni elettrofisiologiche sono state estratte dai dati precedentemente pubblicati 6,21.
1. Fabbricazione di elettrodi PEDOT: PSS stampati a getto d'inchiostro
NOTA: Il seguente protocollo è stato utilizzato per fabbricare elettrodi per elettrof....
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Risultati
Questo documento mostra la fabbricazione di comodi elettrodi a contatto con la pelle mediante stampa a getto d'inchiostro e un metodo per caratterizzarli ed eseguire registrazioni elettrofisiologiche. Abbiamo riportato le fasi di fabbricazione della stampa a getto d'inchiostro PEDOT: PSS direttamente su diversi substrati, come tessuto (Figura 1A), PEN (Figura 1B) e carta per tatuaggi (Figura 1C, D) come riferimento........
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Discussione
Questo documento descrive un processo semplice e scalabile per fabbricare elettrodi indossabili e dimostra un metodo per registrare i biosegnali elettrofisiologici. Utilizza tre esempi di substrati indossabili, come tatuaggi, tessuti e film sottili. Introduce come costruire un sensore su questi substrati e caratterizzarne le prestazioni prima della sua applicazione. Per realizzare gli elettrodi qui, abbiamo utilizzato PEDOT: PSS, un polimero conduttivo che si distingue dai conduttori a base di metallo per la sua economic.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dall'Agenzia nazionale francese per la ricerca attraverso il progetto ANR JCJC OrgTex (ANR-17-CE19-0010). Ha inoltre ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione europea nell'ambito dell'accordo di sovvenzione Marie Sklodowska-Curie n. 813863. E.I. desidera ringraziare lo staff della camera bianca CMP presso il Centro microelettronica in Provenza per il loro supporto tecnico durante lo sviluppo del progetto.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Biosignalplux - Dispositivo wireless Plux per registrazioni elettrofisiologiche | PLUX Wireless Biosignals S.A | Sensori EEG, ECG, EMG, EDA Elettrodi | |
| monouso Covidien Kendal, elettrodi monouso per uso medico (pregellati, 24 mm) | Elettrodi ARBO Covidien / Kendal (formalmente Tyco) Elettrodi | H124SG | Commercial Ag/AgCl per elettrofisiologia |
| Stampante a getto d'inchiostro Dimatix | Fujifilm | DMP 2800 | Stampante a getto d'inchiostro |
| Laser Cutter | Universal Laser Systems | VLS 3.50, 50 W | Taglierina laser per tagliare il foglio di colla per la fabbricazione di elettrodi per tatuaggi |
| NOVA | Metrohm Autolab | NOVA 2.1 | Software di elettrochimica per il controllo degli strumenti Autolab |
| OpenSignals | 2020 PLUX biosegnali wireless, S.A. | Suite software per la visualizzazione di biosegnali in tempo reale, in grado di interagire direttamente con i dispositivi PLUX | |
| PEDOT:Inchiostro stampabile a getto d'inchiostro PSS | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | CLEVIOS Pjet 700 | |
| Foglio di polietilene naftalene (PEN) | Goodfellow | spessore 1,3 μ m | Utilizzato per la fabbricazione di interconnessione di elettrodi per tatuaggi Nastro |
| poliimmide | 3M | Nastro Kapton da 3 M, spessore 50 μ m | Utilizzato per la fabbricazione di interconnessione di elettrodi per tatuaggi |
| Potenziostato | Metrohm Autolab | Autolab potenziostato B.V. | Utilizzato per le misure EIS |
| Kit di carta per tatuaggi temporanei Silhouette | Americ, Inc, US | Substrato per elettrodi a base di tatuaggio | |
| Tessuto wowen 100% cotone e collant | Substrato per elettrodi a base tessile |
Riferimenti
- Kim, J., et al. Noninvasive alcohol monitoring using a wearable tattoo-based iontophoretic-biosensing system. ACS Sensors. 1 (8), 1011-1019 (2016).
- Ha, M., Lim, S., Ko, H. Wearable and flexible sensors for user-interactiv....
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Ristampe e permessi
