コンフォーマブルウェアラブル電極:製造から電気生理学的評価まで

要約

タトゥーとテキスタイルという最近の2つの技術は、皮膚センシングにおいて有望な結果を示しています。ここでは、皮膚電気生理学的センシングのためのタトゥーおよび繊維電極の作製および評価方法を提示する。導電性ポリマーで作られたこれらの電子インターフェースは、快適性と感度の点で既存の規格を凌駕します。

要約

ウェアラブル電子機器は、身体活動の追跡中に主に変化する身体信号を監視する上で重要なプレーヤーになりつつあります。モノのインターネット時代の台頭によって遠隔医療とパーソナライズされたケアへの関心が高まっていることを考慮すると、ウェアラブルセンサーは医療への応用分野を拡大しました。臨床的に関連するデータの収集を確実にするために、これらのデバイスは、高信号品質の記録と長期的な動作を提供するために、人体との適合可能なインターフェースを確立する必要があります。この目的のために、本稿では、ウェアラブル有機電子デバイスとして幅広い表面電気生理学的記録における応用のために、順応性のある薄い入れ墨およびソフトテキスタイルベースのセンサを容易に製造する方法を提示する。

これらのセンサは、バイオエレクトロニクスで最も人気のある導電性高分子であるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS)を既製のウェアラブル基板上で使用して、費用対効果が高くスケーラブルな皮膚電極パターニングプロセスを通じて開発されています。このホワイトペーパーでは、インピーダンス分光法による電極特性評価における重要なステップを示し、皮膚と結合させたときのシグナル伝達における性能を調査します。臨床のゴールドスタンダードに関して新しいセンサーの性能を位置づけるためには、比較研究が必要です。製造されたセンサーの性能を検証するために、このプロトコルは、実験室環境でユーザーフレンドリーでポータブルな電子セットアップを通じて、さまざまな構成からさまざまな生体信号記録を実行する方法を示しています。この方法の論文は、人体の健康モニタリングのためのウェアラブルセンサーの現在の最先端を前進させるための複数の実験的イニシアチブを可能にするでしょう。

概要

非侵襲的な生体電位記録は、皮膚接触電極を介して行われ、フィットネスおよびヘルスケアにおける人体の生理学的状態に関する膨大な量のデータを提供する¹。新しいタイプのウェアラブルバイオモニタリングデバイスは、エレクトロニクスにおける最新の技術進歩から、統合された制御および通信コンポーネントのポータブル寸法へのダウンスケーリングまで開発されました。スマート監視装置は日々市場に普及しており、複数の監視機能を提供し、医療診断を可能にするのに十分な生理学的コンテンツを提供することを最終目標と^{しています2}。したがって、人体との安全で信頼性が高く、堅牢なインターフェースは、医療のための合法的なウェアラブル技術の開発において重大な課題を提示します。タトゥーとテキスタイル電極は、ウェアラブルバイオセンシングのための革新的で快適なデバイスとして認識される信頼性が高く安定したインターフェースとして最近登場しました^3,4,5。

タトゥーセンサーは乾燥した薄いインターフェースで、厚さが低い(約1μm)ため、接着剤フリーで順応性のある皮膚接触を保証します。これらは、層状構造からなる市販のタトゥーペーパーキットに基づいており、これ....

プロトコル

注:ヒトを対象とする実験は、個人の健康状態に関する識別可能な個人情報の収集を伴わず、ここでは技術的なデモンストレーションのためにのみ使用されます。データは、3つの異なる被験者について平均化した。電気生理学的記録は、以前に公開されたデータ^6、21から抽出した。

1. インクジェット印刷PEDOT:PSS電極作製

注:以下のプロトコルは、市販のフレキシブル基板 - タトゥー^{ペーパー6} およびテキスタイル²¹上に電気生理学のための電極を製造するために使用されている。同じアプローチは、薄いプラスチック箔²²などのフレキシブル基板上に電極を作るために主に採用されている。いずれの場合も、PEDOT:PSSのパターニングにはインクジェットプリンタが用いられた( 材料表参照)。

1. 電極基板前処理
   1. 目的の基板の断片を切り取る。
      1. 入れ墨基材を使用する場合は、印刷前に水洗いして、紙²³から最上部の水溶性層を除去する。

結果

本稿では、インクジェット印刷による快適な皮膚接触電極の作製と、それらを特徴付け、電気生理学的記録を行う方法を示す。参考までに、PEDOT:PSSインクジェット印刷の作製ステップを、布地(図1A)、PEN(図1B)、タトゥー用紙(図1C、D)など、さまざまな基材に直接印刷しました。プロトコルステップ1.2.1で提案され?.......

ディスカッション

この論文では、ウェアラブル電極を製造するための簡単でスケーラブルなプロセスについて説明し、電気生理学的生体信号を記録する方法を実証する。ウェアラブル基板のタトゥー、テキスタイル、薄膜の3つの例を使用しています。これらの基板上にセンサを構築し、その性能をアプリケーションに先立って特徴付ける方法を紹介します。ここでの電極を作るために、我々は、その費用対効.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Biosignalplux - Plux wireless device for electrophysiological recordings	PLUX Wireless Biosignals S.A		EEG, ECG, EMG, EDA sensors
Covidien Kendal Disposable electrodes, medical grade disposable electrodes (Pregelled, 24 mm)	Covidien / Kendal (formally Tyco) ARBO electrodes	H124SG	Commercial Ag/AgCl electrodes for electrophysiology
Dimatix inkjet printer	Fujifilm	DMP 2800	Inkjet printer
Laser Cutter	Universal Laser Systems	VLS 3.50, 50 W	Laser cutter to cut the glue sheet for tattoo electrodes fabrication
NOVA	Metrohm Autolab	NOVA 2.1	Electrochemistry software to control Autolab instruments
OpenSignals	2020 PLUX wireless biosignals, S.A.		Software suite for real-time biosignals visualisation, capable of direct interaction with PLUX devices
PEDOT:PSS inkjet printable ink	Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG	CLEVIOS Pjet 700
Polyethylene naphthalene (PEN) foil	Goodfellow	thickness 1.3 μm	Used for tattoo electrodes interconnection fabrication
Polyimide tape	3M	Kapton tape by 3 M, thickness 50 μm	Used for tattoo electrodes interconnection fabrication
Potentiostat	Metrohm Autolab	Autolab potentiostat B.V.	Used for EIS measurements
Silhouette temporary tattoo paper kit	Silhouette Americ, Inc, US		Substrate for tattoo-based electrodes
Wowen textile 100% cotton and commercially available pantyhose			Substrate for textile-based electrodes