Name: conformable wearable electrodes: from fabrication to electrophysiological assessment
Uploaded: 2022-07-22T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Conformable Wearable Electrodes: From Fabrication to Electrophysiological Assessment at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af det franske nationale forskningsagentur gennem ANR JCJC OrgTex-projektet (ANR-17-CE19-0010). Det har også modtaget finansiering fra EU's Horizon 2020 forsknings- og innovationsprogram under Marie Sklodowska-Curie-tilskudsaftalen nr. 813863. E.I. vil gerne takke CMP's renrumspersonale på Centre Microelectronics i Provence for deres tekniske support under udviklingen af projektet.

BEMÆRK: Eksperimenter, der involverede mennesker, involverede ikke indsamling af identificerbare private oplysninger relateret til individets sundhedsstatus og bruges kun her til teknologisk demonstration. Data blev i gennemsnit over tre forskellige emner. De elektrofysiologiske optagelser er udtrukket fra tidligere offentliggjorte data 6,21.
1. Inkjet-trykt PEDOT: PSS elektrodefabrikation
BE...

<ol>
	<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+alcohol+monitoring+using+a+wearable+tattoo-based+iontophoretic-biosensing+system.">Noninvasive alcohol monitoring using a wearable tattoo-based iontophoretic-biosensing system.</a> ACS Sensors. 1 (8), 1011-1019 (2016).</li><li>Ha, M., Lim, S., Ko, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+and+flexible+sensors+for+user-interactive+health-monitoring+devices.">Wearable and flexible sensors for user-interactive health-monitoring devices.</a> Journal of Materials Chemistry B. 6 (24), 4043-4064 (2018).</li><li>Kim, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+electronics.">Epidermal electronics.</a> Science. 333 (6044), 838-843 (2011).</li><li>Takamatsu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+patterning+of+organic+conductors+on+knitted+textiles+for+long-term+electrocardiography.">Direct patterning of organic conductors on knitted textiles for long-term electrocardiography.</a> Scientific Reports. 5, 1-7 (2015).</li><li>Windmiller, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+sensing+based+on+printable+temporary+transfer+tattoos.">Electrochemical sensing based on printable temporary transfer tattoos.</a> Chemical Communications. 48 (54), 6794-6796 (2012).</li><li>Ferrari, L. M., Ismailov, U., Badier, J. M., Greco, F., Ismailova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conducting+polymer+tattoo+electrodes+in+clinical+electro-+and+magneto-encephalography.">Conducting polymer tattoo electrodes in clinical electro- and magneto-encephalography.</a> npj Flexible Electronics. 4 (1), 1-9 (2020).</li><li>Heo, J. S., Eom, J., Kim, Y. H., Park, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+of+textile-based+wearable+electronics:+A+comprehensive+review+of+materials,+devices,+and+applications.">Recent progress of textile-based wearable electronics: A comprehensive review of materials, devices, and applications.</a> Small. 14 (3), 1-16 (2018).</li><li>Nigusse, A. B., Mengistie, D. A., Malengier, B., Tseghai, G. B., Van Langenhove, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+smart+textiles+for+long-term+electrocardiography+monitoring-a+review.">Wearable smart textiles for long-term electrocardiography monitoring-a review.</a> Sensors. 21 (12), 4174 (2021).</li><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+compensated,+tattoo-like+electrodes+for+epidermal+electrophysiology+at+scale.">Electrically compensated, tattoo-like electrodes for epidermal electrophysiology at scale.</a> Science Advances. 6 (43), (2020).</li><li>Fan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Machine-knitted+washable+sensor+array+textile+for+precise+epidermal+physiological+signal+monitoring.">Machine-knitted washable sensor array textile for precise epidermal physiological signal monitoring.</a> Science Advances. 6 (11), (2020).</li><li>Tseghai, G. B., Mengistie, D. A., Malengier, B., Fante, K. A., Van Langenhove, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEDOT:PSS-based+conductive+textiles+and+their+applications.">PEDOT:PSS-based conductive textiles and their applications.</a> Sensors. 20 (7), 1-18 (2020).</li><li>Magliulo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Printable+and+flexible+electronics:+From+TFTs+to+bioelectronic+devices.">Printable and flexible electronics: From TFTs to bioelectronic devices.</a> Journal of Materials Chemistry C. 3 (48), 12347-12363 (2015).</li><li>Raut, N. C., Al-Shamery, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+metals+on+flexible+materials+for+plastic+and+paper+electronics.">Inkjet printing metals on flexible materials for plastic and paper electronics.</a> Journal of Materials Chemistry C. 6 (7), 1618-1641 (2018).</li><li>Kaltenbrunner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ultra-lightweight+design+for+imperceptible+plastic+electronics.">An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics.</a> Nature. 499 (7459), 458-463 (2013).</li><li>Kim, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+structural+designs+for+stretchable+silicon+integrated+circuits.">Optimized structural designs for stretchable silicon integrated circuits.</a> Small. 5 (24), 2841-2847 (2009).</li><li>Yu, Y., Peng, S., Blanloeuil, P., Wu, S., Wang, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+temperature+sensors+with+enhanced+sensitivity+by+engineering+microcrack+morphology+in+PEDOT:PSS-PDMS+sensors.">Wearable temperature sensors with enhanced sensitivity by engineering microcrack morphology in PEDOT:PSS-PDMS sensors.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 12 (32), 36578-36588 (2020).</li><li>Martin, D. C., Malliaras, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacing+electronic+and+ionic+charge+transport+in+bioelectronics.">Interfacing electronic and ionic charge transport in bioelectronics.</a> ChemElectroChem. 3 (5), 686-688 (2016).</li><li>Inzelberg, L., Hanein, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiology+meets+printed+electronics:+The+beginning+of+a+beautiful+friendship.">Electrophysiology meets printed electronics: The beginning of a beautiful friendship.</a> Frontiers in Neuroscience. 12, 992 (2019).</li><li>Kim, J., Campbell, A. S., de &#193;vila, B. E. F., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+biosensors+for+healthcare+monitoring.">Wearable biosensors for healthcare monitoring.</a> Nature Biotechnology. 37 (4), 389-406 (2019).</li><li>Bihar, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+inkjet-printed,+ultrathin+and+conformable+organic+photovoltaics+as+power+source+based+on+cross-linked+PEDOT:PSS+electrodes.">Fully inkjet-printed, ultrathin and conformable organic photovoltaics as power source based on cross-linked PEDOT:PSS electrodes.</a> Advanced Materials Technologies. 5 (8), 2000226 (2020).</li><li>Bihar, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+printed+all-polymer+tattoo/textile+electronics+for+electromyography.">Fully printed all-polymer tattoo/textile electronics for electromyography.</a> Flexible and Printed Electronics. 3 (3), 034004 (2018).</li><li>Seekaew, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+and+flexible+printed+graphene-PEDOT:PSS+gas+sensor+for+ammonia+detection.">Low-cost and flexible printed graphene-PEDOT:PSS gas sensor for ammonia detection.</a> Organic Electronics. 15 (11), 2971-2981 (2014).</li><li>Ferrari, L. M., Keller, K., Burtscher, B., Greco, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporary+tattoo+as+unconventional+substrate+for+conformable+and+transferable+electronics+on+skin+and+beyond.">Temporary tattoo as unconventional substrate for conformable and transferable electronics on skin and beyond.</a> Multifunctional Materials. 3 (3), 032003 (2020).</li><li>Searle, A., Kirkup, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+direct+comparison+of+wet,+dry+and+insulating+bioelectric+recording+electrodes.">A direct comparison of wet, dry and insulating bioelectric recording electrodes.</a> Physiological Measurement. 21 (2), 271-283 (2000).</li><li>Ferrari, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultraconformable+temporary+tattoo+electrodes+for+electrophysiology.">Ultraconformable temporary tattoo electrodes for electrophysiology.</a> Advanced Science. 5 (3), 1700771 (2018).</li><li>Teplan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamental+of+EEG+measurement.">Fundamental of EEG measurement.</a> Measurement Science Review. 2 (2), 1-11 (2002).</li><li>Pachori, R., Gupta, V., Firouzi, F., Chakrabarty, K., Nassif, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+engineering+fundamentals.">Biomedical engineering fundamentals.</a> Intelligent Internet of Things. From Device to Fog and Cloud. , 547-605 (2019).</li><li>Caruelle, D., Gustafsson, A., Shams, P., Lervik-Olsen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+electrodermal+activity+(EDA)+measurement+to+understand+consumer+emotions-A+literature+review+and+a+call+for+action.">The use of electrodermal activity (EDA) measurement to understand consumer emotions-A literature review and a call for action.</a> Journal of Business Research. 104, 146-160 (2019).</li><li>Huseynova, G., Hyun Kim, Y., Lee, J. H., Lee, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rising+advancements+in+the+application+of+PEDOT:PSS+as+a+prosperous+transparent+and+flexible+electrode+material+for+solution-processed+organic+electronics.">Rising advancements in the application of PEDOT:PSS as a prosperous transparent and flexible electrode material for solution-processed organic electronics.</a> Journal of Information Display. 21 (2), 71-91 (2020).</li><li>Bonnassieux, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+2021+flexible+and+printed+electronics+roadmap.">The 2021 flexible and printed electronics roadmap.</a> Flexible and Printed Electronics. 6, 023001 (2022).</li><li>Nawrocki, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-+and+ultrathin+organic+field-effect+transistors:+from+flexibility+to+super-+and+ultraflexibility.">Super- and ultrathin organic field-effect transistors: from flexibility to super- and ultraflexibility.</a> Advanced Functional Materials. 29 (51), 1-12 (2019).</li><li>Kim, I., Shahariar, H., Ingram, W. F., Zhou, Y., Jur, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+process+for+conductive+patterning+on+textiles:+Maintaining+inherent+stretchability+and+breathability+in+knit+structures.">Inkjet process for conductive patterning on textiles: Maintaining inherent stretchability and breathability in knit structures.</a> Advanced Functional Materials. 29 (7), 1807573 (2019).</li><li>Bihar, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+printed+electrodes+on+stretchable+textiles+for+long-term+electrophysiology.">Fully printed electrodes on stretchable textiles for long-term electrophysiology.</a> Advanced Materials Technologies. 2 (4), 1600251 (2017).</li><li>Ferrari, L. M., Ismailov, U., Greco, F., Ismailova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacitive+coupling+of+conducting+polymer+tattoo+electrodes+with+the+skin.">Capacitive coupling of conducting polymer tattoo electrodes with the skin.</a> Advanced Materials Interfaces. 8 (15), 2100352 (2021).</li><li>Inzelberg, L., Rand, D., Steinberg, S., David-Pur, M., Hanein, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+wearable+high-resolution+facial+electromyography+for+long+term+recordings+in+freely+behaving+humans.">A wearable high-resolution facial electromyography for long term recordings in freely behaving humans.</a> Scientific Reports. 8 (1), 2058 (2018).</li></ol>

Dette papir beskriver en nem og skalerbar proces til fremstilling af bærbare elektroder og demonstrerer en metode til registrering af elektrofysiologiske biosignaler. Det bruger tre eksempler på bærbare underlag, såsom tatovering, tekstil og tynde film. Det introducerer, hvordan man bygger en sensor på disse underlag og karakteriserer dens ydeevne inden dens anvendelse. For at fremstille elektroderne her anvendte vi PEDOT:PSS, en ledende polymer, der skiller sig ud fra metalbaserede ledere på grund af sin omkostnin...

Ikke-invasiv biopotentiel registrering udføres gennem hudkontaktelektroder, der giver en enorm mængde data om den menneskelige krops fysiologiske status i fitness og sundhedspleje1. Nye typer bærbare bioovervågningsenheder er blevet udviklet fra de nyeste teknologiske fremskridt inden for elektronik gennem nedskalering af integrerede styrings- og kommunikationskomponenter til bærbare dimensioner. Smarte overvågningsenheder gennemsyrer markedet dagligt og tilbyder flere overvågningsfunktioner med det ultimative mål at levere tilstrækkeligt fysiologisk indhold til at muliggøre medicinsk diagnostik2. Derfor udgør sikre, pålidelige og robuste grænseflader med menneskekroppen kritiske udfordringer i udviklingen af legitime bærbare teknologier til sundhedsvæsenet. Tatoverings- og tekstilelektroder har for nylig vist sig som pålidelige og stabile grænseflader, der opfattes som innovative, komfortable enheder til bærbar biosensing 3,4,5.
Tatoveringssensorer er tørre og tynde grænseflader, der på grund af deres lave tykkelse (~ 1 μm) sikrer klæbefri, konform hudkontakt. De er baseret på et kommercielt tilgængeligt tatoveringspapirsæt sammensat af en lagdelt struktur, som tillader frigivelse af et ultratyndt polymert lag på huden6. Den lagdelte struktur giver også mulighed for nem håndtering af det tynde polymere lag under sensorens fremstillingsproces og dens overførsel til huden. Den endelige elektrode er fuldt konform og næsten umærkelig for bæreren. Tekstilsensorer er elektroniske enheder opnået ved stoffunktionalisering med elektroaktive materialer7. De er hovedsageligt integreret eller simpelthen syet i tøj for at sikre brugerens komfort på grund af deres blødhed, åndbarhed og tydelige affinitet med beklædningsgenstande. I næsten et årti er tekstil- og tatoveringselektroder blevet vurderet i overfladeelektrofysiologiske optagelser 3,8,9, hvilket viser gode resultater både i bærbarhed og signalkvalitetsoptagelser og rapportering af højt signal-støj-forhold (SNR) i kort- og langsigtede evalueringer. De er også udtænkt som en potentiel platform for bærbar biokemisk svedanalyse 1,10.
Den stigende interesse for tatoverings-, tekstil- og generelt fleksible tyndfilmsteknologier (f.eks. dem, der er fremstillet af plastfolier såsom parylen eller forskellige elastomerer) fremmes hovedsageligt af kompatibiliteten med billige og skalerbare fremstillingsmetoder. Serigrafi, inkjetudskrivning, direkte mønster, dyppebelægning og frimærkeoverførsel er blevet vedtaget med succes for at producere sådanne former for elektroniske grænseflader11. Blandt disse er inkjetudskrivning den mest avancerede digitale og hurtige prototypeteknik. Det anvendes hovedsageligt til mønsteret af ledende blæk på en ikke-kontakt, additiv måde under omgivelsesforhold og på et stort udvalg af substrater12. Selvom flere bærbare sensorer er blevet fremstillet gennem ædelmetalblækmønster13, er metalfilm sprøde og gennemgår revner, når de er mekanisk stressede. Forskellige forskergrupper har vedtaget forskellige strategier for at udstyre metaller med egenskaben af mekanisk kompatibilitet med huden. Disse strategier omfatter reduktion af filmtykkelsen og anvendelse af serpentindesign eller rynkede og forspændte underlag 14,15,16. Bløde og iboende fleksible ledende materialer, såsom ledende polymerer, fandt deres anvendelse i fleksible bioelektroniske enheder. Deres polymere fleksibilitet kombineres med elektrisk og ionisk ledningsevne. PEDOT:PSS er den mest anvendte ledende polymer i bioelektronik. Det er kendetegnet ved blødhed, biokompatibilitet, bæredygtighed og trykprocesabilitet17, hvilket gør det kompatibelt med den udbredte produktion af biomedicinsk udstyr.
Enheder, såsom plane elektroder, der er forbundet til et anskaffelsessystem, tillader registrering af biopotentialer i sundhedsovervågning. Menneskets kropsbiopotentialer er elektriske signaler genereret af elektrogene celler, der formerer sig gennem kroppen op til hudoverfladen. I henhold til hvor elektroderne er placeret, er det muligt at erhverve data relateret til hjernens elektriske aktivitet (EEG), muskler (EMG), hjerte (EKG) og hudledningsevne (f.eks. Bioimpedans eller elektrodermal aktivitet, EDA). Kvaliteten af dataene vurderes derefter for at evaluere elektrodernes anvendelighed i kliniske applikationer. En høj SNR definerer deres præstation18, som typisk sammenlignes med state-of-the-art Ag / AgCl elektrodeoptagelser. Selvom Ag / AgCl-elektroderne også har høj SNR, mangler de langsigtet operationalitet og konform bærbarhed. Biosignaloptagelser af høj kvalitet giver indsigt i menneskers sundhedsstatus relateret til et bestemt organs funktion. Disse fordele ved komfortable tatoverings- eller tekstilgrænseflader indikerer således deres løfte om langsigtede applikationer, der kan muliggøre mobil sundhedsovervågning i det virkelige liv og bane vejen for udviklingen af telemedicin19.
Dette papir rapporterer, hvordan man fremstiller og vurderer tatoverings- og tekstilelektroder i sundhedsbioovervågning. Efter fremstillingen skal en ny elektrode karakteriseres. Typisk vedtages elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) for at studere elektrodens elektriske ydeevne i forhold til en målgrænseflade (f.eks. Hud) med hensyn til overførselsfunktionen. EIS bruges til at sammenligne impedansegenskaberne for flere elektroder og udføre test under forskellige forhold (f.eks. variere elektrodedesignet eller studere langsigtede reaktioner). Dette papir viser optagelsen af overfladebiosignaler gennem en nem opsætning og rapporterer en brugervenlig metode til registrering af forskellige typer biosignaler, der gælder for enhver ny fremstillet elektrode, der skal valideres til kutane biopotentielle optagelser.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Biosignalplux - Plux wireless device for electrophysiological recordings</td>
			<td>PLUX Wireless Biosignals S.A</td>
			<td></td>
			<td>EEG, ECG, EMG, EDA sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Covidien Kendal Disposable electrodes, medical grade disposable electrodes (Pregelled, 24 mm)</td>
			<td>Covidien / Kendal (formally Tyco) ARBO electrodes</td>
			<td>H124SG</td>
			<td>Commercial Ag/AgCl electrodes for electrophysiology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimatix inkjet printer</td>
			<td>Fujifilm</td>
			<td>DMP 2800</td>
			<td>Inkjet printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Cutter</td>
			<td>Universal Laser Systems</td>
			<td>VLS 3.50, 50 W</td>
			<td>Laser cutter to cut the glue sheet for tattoo electrodes fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NOVA</td>
			<td>Metrohm Autolab</td>
			<td>NOVA 2.1</td>
			<td>Electrochemistry software to control Autolab instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OpenSignals</td>
			<td>2020 PLUX wireless biosignals, S.A.</td>
			<td></td>
			<td>Software suite for real-time biosignals visualisation, capable of direct interaction with PLUX devices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEDOT:PSS inkjet printable ink</td>
			<td>Heraeus Deutschland GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td>CLEVIOS Pjet 700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene naphthalene (PEN) foil</td>
			<td>&#160;Goodfellow</td>
			<td>thickness 1.3 &#956;m</td>
			<td>Used for tattoo electrodes interconnection fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyimide tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>Kapton tape by 3 M, thickness 50 &#956;m</td>
			<td>Used for tattoo electrodes interconnection fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Metrohm Autolab</td>
			<td>Autolab potentiostat B.V.</td>
			<td>Used for EIS measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silhouette temporary tattoo paper kit</td>
			<td>Silhouette Americ, Inc, US</td>
			<td></td>
			<td>Substrate for tattoo-based electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wowen textile 100% cotton and commercially available pantyhose</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Substrate for textile-based electrodes</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

conformable wearable electrodes: from fabrication to electrophysiological assessment

Bærbare elektroniske enheder bliver nøgleaktører i overvågningen af kroppens signaler, der overvejende ændres under sporing af fysisk aktivitet. I betragtning af den stigende interesse for telemedicin og personlig pleje drevet af fremkomsten af tingenes internet-æra har bærbare sensorer udvidet deres anvendelsesområde til sundhedsvæsenet. For at sikre indsamling af klinisk relevante data skal disse anordninger etablere overensstemmende grænseflader med den menneskelige krop for at levere optagelser af høj signalkvalitet og langvarig drift. Til dette formål præsenterer dette papir en metode til let at fremstille konforme tynde tatoverings- og bløde tekstilbaserede sensorer til deres anvendelse som bærbare organiske elektroniske enheder i et bredt spektrum af overfladeelektrofysiologiske optagelser. 
Sensorerne er udviklet gennem en omkostningseffektiv og skalerbar proces med kutan elektrodemønster ved hjælp af poly(3,4-ethylendioxythiophen)-poly(styrenesulfonat) (PEDOT:PSS), den mest populære ledende polymer i bioelektronik, på off-the-shelf, bærbare substrater. Dette papir præsenterer vigtige trin i elektrodekarakterisering gennem impedansspektroskopi for at undersøge deres ydeevne i signaltransduktion, når de kombineres med huden. Sammenlignende undersøgelser er nødvendige for at placere nye sensorers ydeevne i forhold til den kliniske guldstandard. For at validere de fremstillede sensorers ydeevne viser denne protokol, hvordan man udfører forskellige biosignaloptagelser fra forskellige konfigurationer gennem en brugervenlig og bærbar elektronisk opsætning i et laboratoriemiljø. Dette metodepapir vil muliggøre flere eksperimentelle initiativer til at fremme den nuværende state of the art inden for bærbare sensorer til overvågning af menneskekroppens sundhed.

Dette papir viser fremstillingen af komfortable hudkontaktelektroder ved inkjetudskrivning og en metode til at karakterisere dem og udføre elektrofysiologiske optagelser. Vi rapporterede fremstillingstrinnene i PEDOT: PSS inkjetudskrivning direkte på forskellige underlag, såsom stof (figur 1A), PEN (figur 1B) og tatoveringspapir (figur 1C, D) til reference. De foreslåede design i protokoltrin 1.2.1. og trin 1.3....

Watch this Scientific Journal Video about Conformable Wearable Electrodes: From Fabrication to Electrophysiological Assessment at JoVE.com

Conformable Wearable Electrodes: From Fabrication to Electrophysiological Assessment

To nylige teknologier - tatovering og tekstiler - har vist lovende resultater i kutan sensing. Her præsenterer vi fremstillings- og evalueringsmetoderne for tatoverings- og tekstilelektroder til kutan elektrofysiologisk sansning. Disse elektroniske grænseflader lavet af ledende polymerer overgår de eksisterende standarder med hensyn til komfort og følsomhed.

Overensstemmende bærbare elektroder: Fra fabrikation til elektrofysiologisk vurdering

Wearable electronic devices are becoming key players in monitoring the body signals predominantly altered during physical activity tracking. Considering ...

Bærbare elektroniske enheder er nutidens nøgleaktører i den menneskelige krops signalovervågning. Det er nødvendigt at udvikle konforme hudgrænseflader for at give høj signalopløsning og langvarig drift af kutane sensorer. Her præsenterer vi, hvordan man nemt fremstiller, karakteriserer og bruger taktile og bløde tekstilelektroder som bærbare organiske elektroniske sensorer.For at validere ydeevnen for vores fremstillede sensorer anvender vi et bærbart elektronisk system til at registrere forskellige elektrofysiologiske signaler fra menneskekroppen. Vi foreslår flere konfigurationer til at registrere forskellige fysiologiske signaler simpelthen i laboratoriet. Følgende protokol er blevet brugt til at fremstille elektroder på kommercielt fleksible underlag, såsom tatoveringspapir og tekstil.Det kommercielle tatoveringspapirsæt er også forsynet med limparket. Tatoveringspapir har en lagdelt struktur, herunder et understøttende papirark, et vandopløseligt polyvinylalkohollag, en releasable polyurethanfilm og et øverste PVA-lag. For at fremstille bærbar sensor skal du starte med at skære delmængden af interesse.Placer delmængden på printerpladen, og tryk på dens kant for at holde den flad. Fyld derefter printerpatronen med PWSs kommercielle blæk efter filtrering. Dette er en nøjagtig dispersion af den ledende polymer.Udskriv derefter dit design på underlaget. For tatoveringspapir og tekstil, som har mere den høje overfladeenergi, indstilles udskriftsparametrene adresseafstand omkring 15 eller 20 mikrometer. Tør derefter elektrode i ovnen ved 110 Celsius grader i 15 minutter for at afslutte opløsningsmiddelfordampningen.Den endelige trykte sensor skal se sådan ud på tatoveringspapir, stof, PET og strækbart tekstil. For at fremstille eksternt stik til positionssystemet skal du skære et rektangulært stykke ultratyndt substrat, såsom PEN. Udskriv oven på det et rektangulært design med tre PWS-lag.Laminere den ultratynde sammenkobling på de to elektroder. Skær et hul i tatoveringspapirlimark. Juster alt dette med signalsensordelen af tatoveringen PWSs elektrode.Tilsæt et stykke polymertape på den frie ende af PEN-sammenkoblingen. For at overføre tatoveringselektroden skal du fjerne limforingen. Placer tatoveringen på den ønskede del af huden.Fugt højre rygstøttepapiret, og hold tatoveringen på plads. Når rygstøttepapiret er gennemblødt, skal du skubbe det for at fjerne det og kun efterlade elektrodeenden af den overførbare ultrafilm på huden. Tilslut derefter den flade PEN-kontakt til den eksterne anskaffelsesenhed.For at karakterisere den fremstillede elektrode ved hjælp af elektrokemisk impedansspektroskopi skal du udføre på kropsmåling. For det første skal du sørge for, at den frivillige sidder komfortabelt med en arm placeret på bordet i ro. Placer derefter en elektrode på huden og tilslut den til det arbejdende sensorpar af den potentielle start.Placer derefter en anden elektrode tre centimeter fra den første, og tilslut den til tællerelektroden. Til sidst skal du placere den tredje elektrode på albuen og slutte den til referenceelektrodekablet. Start derefter målingen med den potentielle start.Påfør en strøm mellem tælleren og arbejdselektrerne, og mål den potentielle variation på tværs af referencen og sensorparret. Bemærk, at udgangsimpedansen beregnet ved hver frekvens består af to bidrag. Hudimpedansen og hudelektroden kontaktimpedansen.I det følgende afsnit beskrives den stigede placering for hvert biosignal af interesse. Et eksempel på elektrovisu visuel artikelovervågning ved hjælp af kommercielt tilgængelige C-venstre og C-højre elektroder. Til EKG skal du tilpasse en konfiguration med tre elektroder, hvor den ene bruges som jord.For hjernens elektriske aktivitet, EEG, skal du placere elektroderne på panden og omkring de ydre ører. Til måling af elektrodermal aktivitet, EDA, skal du placere to elektroder øverst på venstre hånd. Udfør derefter optagelsen, mens motivet er i ro eller dyrker motion.For at karakterisere elektrodens ydeevne rapporterede vi den repræsentative impedans af tekstilelektroder. Tekstilelektroder udviser lidt højere, men sammenlignelig impedans end CI-sintrede højre standardelektroder. Formen på impedansmodellerne indikerer en lidt højere resistiv adfærd i tilfælde af tekstilelektroder.Mens standard CI sintret højre viser typisk resistiv kapacitetsadfærd. Ved at placere elektroder på huden i forskellige kropsområder har vi adgang til flere biosignaler. EEG-sporingen fortrængte den elektriske aktivitetsregistrering af populationen af aktive neuroner.En af de grundlæggende grupper af hjernebølger er Alpha mellem 8 og 13 hertz. Alfabølgerne afspejler hjernens tilstand under afslapning og kan induceres ved at bede motivet om at lukke øjnene. Den grå lodrette bindestreg markerer det øjeblik i optagelsen, hvor den frivillige blev bedt om at åbne øjnene.EKG-sporingen viser polariseringen og polariseringen af hjertets atrium og ventrikler, repræsenteret af det karakteristiske mønster bestående af P-bølgen, IQRS-komplekset og en T-bølge. R-toppe viser den højeste amplitude og bruges til at beregne pulsen ved at overveje tiden mellem to på hinanden følgende. Vi registrerede EMG-sporingen, mens den frivillige gradvist øgede kraften i R-musklerne.Den intensiverede muskelaktivitet kvantificeres ved stigningen amplitude af spændingstoppene. I en EMG-sporing afspejler pigge med amplitude fra få mikrovolt til få mini volt i frekvensområdet 10 til tusind hertz musklen i hyperaktiviteten, drevet af motorenhedens aktionspotentialer. EDA-sporingen består typisk af en tonic og en fuzzy komponenter.Tonickomponenten afspejler hudens konduktansniveau og svarer til baggrundssignalet. Den fuzzy komponent afspejler motivets reaktion på en bestemt stimulus, og den kan påvises ved ændring i hudens konduktansværdi. Denne sporing bruges til at evaluere menneskets stressniveau og kroppens hydrering.Med vores protokol får vi blød og behagelig hudsensor til mønsteret af et ledende blæk på ofte blød celle lige. Og trykningen er en lokal og skalerbar teknik, der skiller sig ud fra traditionelle mikroelektroniske fabrikationsprocesser. Den foreslåede metode beskriver, hvordan man erhverver elektrosignal, der varierer fra svag neuroaktivitet til muskelkontraktion med høj effekt.Signalet tillader at komme ind i brugerkroppens fysiologiske status. Af en rolle præsenterer vi det første skridt på gennemførligheden af sømløse verbale enheder til en række af mine medicinske applikationer, der er spundet fra fitness til sundhedsovervågning.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Mikrofluid chip fabrikation og metode til at påvise Influenza

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

Aplysia Ganglia Preparation for Electrophysiological and Molecular Analyses of Single Neurons

Aplysia Ganglia Preparation for Electrophysiological and Molecular Analyses of Single Neurons

Aplysia Ganglia Forberedelse til elektrofysiologiske og molekylære analyser af enkeltneuroner

A major challenge in neurobiology is to understand the molecular underpinnings of neural circuitry that govern a specific behavior. Once the specific ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

Polymere mikronålarray Fabrication ved Fotolitografi

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

Fabrikation og validering af et orgel-on-chip-System med integreret elektroder til direkte kvantificere Transendothelial elektrisk modstand

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Fabrikation af Decellularized brusk-afledte Matrix stilladser

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...

Single-Cell Optical Action Potential Measurement in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

Single-Cell Optisk Action Potentiel måling i human induceret pluripotente stamcelle-afledte kardiomyocytter

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically ...

Fibroblast Derived Human Engineered Connective Tissue for Screening Applications

Fibroblast afledte humane manipuleret bindevæv til screeningsapplikationer

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical ...

Fabrication and Characterization of Layer-By-Layer Janus Base Nano-Matrix to Promote Cartilage Regeneration

Fremstilling og karakterisering af lag-for-lag Janus base nano-matrix for at fremme bruskregenerering

Various biomaterial scaffolds have been developed to guide cell adhesion and proliferation in hopes to promote specific functions for in vitro and in vivo ...

Setup of Consumer Wearable Devices for Exposure and Health Monitoring in Population Studies

Opsætning af bærbare forbrugerenheder til eksponering og sundhedsovervågning i befolkningsundersøgelser

Wearable sensors, which are often embedded in commercial smartwatches, allow for continuous and non-invasive health measurements and exposure assessments ...