적합성 웨어러블 전극: 제작에서 전기생리학적 평가에 이르기까지

요약

문신과 섬유의 두 가지 최근 기술은 피부 감각에서 유망한 결과를 보여주었습니다. 여기에서는 피부 전기 생리 감지를위한 문신 및 섬유 전극의 제조 및 평가 방법을 제시합니다. 전도성 폴리머로 만들어진 이러한 전자 인터페이스는 편안함과 감도 측면에서 기존 표준을 능가합니다.

초록

웨어러블 전자 장치는 신체 활동 추적 중에 주로 변경된 신체 신호를 모니터링하는 데 중요한 역할을하고 있습니다. 사물 인터넷 시대의 부상으로 인한 원격 의료 및 개인화 된 치료에 대한 관심이 높아짐에 따라 웨어러블 센서는 응용 분야를 의료 분야로 확대했습니다. 임상 관련 데이터의 수집을 보장하기 위해 이러한 장치는 인체와 호환 가능한 인터페이스를 구축하여 고품질 기록 및 장기 작동을 제공해야 합니다. 이를 위해이 논문은 광범위한 표면 전기 생리학 기록에서 웨어러블 유기 전자 장치로 응용 프로그램을 위해 순응 가능한 얇은 문신 및 부드러운 섬유 기반 센서를 쉽게 제작하는 방법을 제시합니다.

이 센서는 기성품의 웨어러블 기판에서 바이오 일렉트로닉스에서 가장 널리 사용되는 전도성 폴리머인 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)를 사용하여 비용 효율적이고 확장 가능한 피부 전극 패터닝 공정을 통해 개발되었습니다. 이 논문은 임피던스 분광법을 통한 전극 특성화의 주요 단계를 제시하여 피부와 결합 될 때 신호 전달에서의 성능을 조사합니다. 임상 금 표준과 관련하여 새로운 센서의 성능을 위치시키기 위해서는 비교 연구가 필요합니다. 제작된 센서의 성능을 검증하기 위해 이 프로토콜은 실험실 환경에서 사용자 친화적이고 휴대용 전자 설정을 통해 다양한 구성에서 다양한 생체 신호 기록을 수행하는 방법을 보여줍니다. 이 방법 논문은 인체 건강 모니터링을위한 웨어러블 센서의 현재 상태를 발전시키기 위해 여러 실험 이니셔티브를 가능하게합니다.

서론

비침습적 생체전위 기록은 피부 접촉 전극을 통해 수행되어, 피트니스 및 헬스케어에서 인체의 생리학적 상태에 대한 방대한 양의 데이터를 제공한다¹. 새로운 유형의 웨어러블 바이오 모니터링 장치는 전자 제품의 최신 기술 발전에서 통합 제어 및 통신 구성 요소를 휴대용 차원으로 축소하는 과정을 거쳐 개발되었습니다. 스마트 모니터링 장치는 매일 시장에 퍼져 있으며, 의료 진단을 가능하게하는 충분한 생리 학적 콘텐츠를 제공한다는 궁극적 인 목표로 여러 모니터링 기능을 제공합니다². 따라서 인체와의 안전하고 신뢰할 수 있으며 견고한 인터페이스는 의료 서비스를 위한 합법적인 웨어러블 기술 개발에 중요한 과제를 안고 있습니다. 문신 및 섬유 전극은 최근 웨어러블 바이오 센싱 ^3,4,5를위한 혁신적이고 편안한 장치로 인식 된 안정적이고 안정적인 인터페이스로 나타났습니다.

문신 센서는 건조하고 얇은 인터페이스로 두께가 낮기 때문에 (~ 1 μm) 접착제가없고 순응 가능한 피부 접촉을 보장합니다. 이들은 층상 구....

프로토콜

참고 : 인간 피험자와 관련된 실험은 개인의 건강 상태와 관련된 식별 가능한 개인 정보의 수집을 포함하지 않았으며 기술 시연을 위해서만 사용됩니다. 데이터는 세 가지 다른 피험자에 대해 평균화되었습니다. 전기생리학적 기록은 이전에 공개된 데이터^(6,21)로부터 추출되었다.

1. 잉크젯 인쇄 PEDOT : PSS 전극 제조

참고 : 다음 프로토콜은 상업적이고 유연한 기질 문신 용지⁶ 및 섬유²¹에서 전기 생리학을위한 전극을 제조하는 데 사용되었습니다. 동일한 접근법이 얇은 플라스틱 호일(²²)과 같은 가요성 기판 상에 전극을 만들기 위해 크게 채택되었다. 모든 경우에, 잉크젯 프린터는 PEDOT:PSS의 패터닝에 사용되었다( 재료 표 참조).

1. 전극 기판 전처리
   1. 관심있는 기판 조각을 자릅니다.
      1. 문신 기재를 사용하는 경우, 인쇄하기 전에 물로 씻어 종이

결과

이 논문은 잉크젯 인쇄에 의한 편안한 피부 접촉 전극의 제조와 이를 특성화하고 전기 생리학 기록을 수행하는 방법을 보여줍니다. PEDOT:PSS 잉크젯 인쇄의 제조 단계를 직물(그림 1A), PEN(그림 1B) 및 문신 용지(그림 1C,D)와 같은 다른 기판에 직접 보고했습니다. 프로토콜 단계 1.2.1에서 제안된 설계. 및 1.3.1.5 단계. 전극을 클리닉에서 주로 채택한 최첨단 Ag^/AgCl과 비교하기 위해 1cm2의 원형 감지 영역을 정의합니다.

전극의 성능을 특성화하기 위해, 전극의 임피던스는 세 전극 EIS 셋업을 통해 측정되었다(그림 2A,B). 이 방법은 팔에 놓인 전극으로 .......

토론

이 논문은 웨어러블 전극을 제조하기 위한 쉽고 확장 가능한 공정을 설명하고 전기생리학적 생체신호를 기록하는 방법을 시연한다. 문신, 섬유 및 박막과 같은 웨어러블 기판의 세 가지 예를 사용합니다. 이 기판에 센서를 구축하고 적용하기 전에 성능을 특성화하는 방법을 소개합니다. 여기서 전극을 만들기 위해 우리는 비용 효율성, 다목적 가공성, 생체 적합성, 부드러움 및 녹색 가공²⁹와의 호환성으로 인해 금속 기반 도체에서 눈에 띄는 전도성 폴리머 인 PEDOT : PSS를 사용했습니다. PEDOT:기성품 기판의 PSS 패터닝은 설계의 자유로움으로 잉크 증착을 정밀하게 제어할 수 있는 잉크젯 인쇄 기술을 통해 달성되었습니다(그림 1).

잉크젯 인쇄는 전통적인 포토 리소그래피 미세 제조 공정과 화학적으로 물리적으로 양립 할 수없는 유연하고 비 전통적인 기판의 선택적 기능화를 허용하는 비접촉 기.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
BiosignalPlux - 전기 생리학 기록을위한 Plux 무선 장치	PLUX 무선 생체 신호 SA		EEG, ECG, EMG, EDA 센서
Covidien Kendal 일회용 전극, 의료용 일회용 전극 (Pregelled, 24mm)	Covidien / Kendal (공식적으로 Tyco) ARBO 전극	H124SG	전기 생리학 용 상업용 Ag / AgCl 전극
Dimatix 잉크젯 프린터	후지 필름	DMP 2800	잉크젯 프린터
레이저 절단기	범용 레이저 시스템	VLS 3.50, 50W	문신 전극 제작용 접착제 시트를 절단하는 레이저 절단기
NOVA	Metrohm Autolab	NOVA 2.1	Autolab 기기를 제어하는 전기 화학 소프트웨어
OpenSignals	2020 PLUX 무선 생체 신호, SA		PLUX 장치와 직접 상호 작용할 수 있는 실시간 생체 신호 시각화를 위한 소프트웨어 제품군
PEDOT:PSS 잉크젯 인쇄 가능한 잉크	Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG	CLEVIOS Pjet 700
폴리에틸렌 나프탈렌(PEN) 호일	Goodfellow	두께 1.3 μ m	문신 전극 상호 연결 제작
폴리이 미드 테이프	3M	캡톤 테이프에 사용 3M, 두께 50 μ m	문신, 전극, 상호 연결, 제작,
Potentiostat	Metrohm, Autolab, Autolab	Potentiostat B.V.	EIS 측정에 사용
실루엣 임시 문신 종이 키트	Silhouette Americ, Inc, US		문신 기반 전극용 기판
Wowen 섬유 100% 면 및 시판되는 팬티 스타킹			섬유 기반 전극용 기판

: , , 에 사용됩니다.