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

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.

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 st...

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	<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. 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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>

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...

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 per consentire la diagnostica medica2. Pertanto, interfacce sicure, affidabili e robuste con il corpo umano presentano sfide critiche nello sviluppo di tecnologie indossabili legittime per l'assistenza sanitaria. Gli elettrodi per tatuaggi e tessuti sono recentemente apparsi come interfacce affidabili e stabili percepite come dispositivi innovativi e confortevoli per il biorilevamento indossabile 3,4,5.
I sensori per tatuaggi sono interfacce secche e sottili che, grazie al loro basso spessore (~1 μm), garantiscono un contatto cutaneo privo di adesivi e conformabile. Si basano su un kit di carta per tatuaggi disponibile in commercio composto da una struttura a strati, che consente il rilascio di uno strato polimerico ultrasottile sulla pelle6. La struttura stratificata consente inoltre una facile manipolazione del sottile strato polimerico durante il processo di fabbricazione del sensore e il suo trasferimento sulla pelle. L'elettrodo finale è completamente conformabile e quasi impercettibile per chi lo indossa. I sensori tessili sono dispositivi elettronici ottenuti dalla funzionalizzazione del tessuto con materiali elettroattivi7. Sono principalmente integrati o semplicemente cuciti negli abiti per garantire il comfort dell'utente grazie alla loro morbidezza, traspirabilità ed evidente affinità con i capi. Per quasi un decennio, gli elettrodi tessili e per tatuaggi sono stati valutati nelle registrazioni elettrofisiologiche di superficie 3,8,9, mostrando buoni risultati sia nella vestibilità che nelle registrazioni di qualità del segnale e riportando un elevato rapporto segnale-rumore (SNR) in valutazioni a breve e lungo termine. Sono anche concepiti come una potenziale piattaforma per l'analisi biochimica del sudore indossabile 1,10.
Il crescente interesse per le tecnologie del tatuaggio, del tessile e, in generale, del film sottile flessibile (ad esempio, quelle realizzate con fogli di plastica come il parilene o diversi elastomeri) è principalmente promosso dalla compatibilità con metodi di fabbricazione a basso costo e scalabili. La serigrafia, la stampa a getto d'inchiostro, la modellazione diretta, il rivestimento a immersione e il trasferimento di timbri sono stati adottati con successo per produrre tali tipi di interfacce elettroniche11. Tra queste, la stampa a getto d'inchiostro è la tecnica di prototipazione digitale e veloce più avanzata. Si applica principalmente alla modellazione di inchiostri conduttivi in modo additivo senza contatto in condizioni ambientali e su una grande varietà di substrati12. Sebbene più sensori indossabili siano stati fabbricati attraverso il modello di inchiostro metallico nobile13, i film metallici sono fragili e subiscono fessurazioni quando sollecitati meccanicamente. Diversi gruppi di ricerca hanno adottato diverse strategie per dotare i metalli della proprietà di compatibilità meccanica con la pelle. Queste strategie includono la riduzione dello spessore del film e l'utilizzo di disegni serpentini o substrati rugosi e prescritti 14,15,16. I materiali conduttivi morbidi e intrinsecamente flessibili, come i polimeri conduttivi, hanno trovato la loro applicazione nei dispositivi bioelettronici flessibili. La loro flessibilità polimerica è combinata con la conduttività elettrica e ionica. PEDOT:PSS è il polimero conduttivo più utilizzato in bioelettronica. È caratterizzato da morbidezza, biocompatibilità, sostenibilità e lavorabilità di stampa17, che lo rendono compatibile con la produzione diffusa di dispositivi biomedici.
Dispositivi, come gli elettrodi planari collegati a un sistema di acquisizione, consentono la registrazione di biopotenziali nel monitoraggio della salute. I biopotenziali del corpo umano sono segnali elettrici generati da cellule elettrogeniche che si propagano attraverso il corpo fino alla superficie della pelle. A seconda di dove sono posizionati gli elettrodi, è possibile acquisire dati relativi all'attività elettrica del cervello (EEG), dei muscoli (EMG), del cuore (ECG) e della conduttività cutanea (ad esempio, bioimpedenza o attività elettrodermica, EDA). La qualità dei dati viene quindi valutata per valutare l'usabilità degli elettrodi nelle applicazioni cliniche. Un SNR elevato definisce le loro prestazioni18, che in genere vengono confrontate con le registrazioni degli elettrodi Ag / AgCl all'avanguardia. Sebbene gli elettrodi Ag/AgCl abbiano anche un elevato SNR, mancano di operatività a lungo termine e vestibilità conformabile. Le registrazioni di biosegnali di alta qualità forniscono informazioni sullo stato di salute umano correlato alla funzione di un particolare organo. Pertanto, questi vantaggi di comode interfacce per tatuaggi o tessuti indicano la loro promessa per applicazioni a lungo termine che possono consentire il monitoraggio della salute mobile nella vita reale e aprire la strada allo sviluppo della telemedicina19.
Questo documento riporta come fabbricare e valutare elettrodi per tatuaggi e tessuti nel biomonitoraggio sanitario. Dopo la sua fabbricazione, deve essere caratterizzato un nuovo elettrodo. Tipicamente, la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) viene adottata per studiare le prestazioni elettriche dell'elettrodo rispetto a un'interfaccia target (ad esempio, la pelle) in termini di funzione di trasferimento. L'EIS viene utilizzato per confrontare le caratteristiche di impedenza di più elettrodi ed eseguire test in diverse condizioni (ad esempio, variando la progettazione dell'elettrodo o studiando le risposte a lungo termine). Questo documento mostra la registrazione dei biosegnali di superficie attraverso una facile configurazione e riporta un metodo intuitivo per registrare diversi tipi di biosegnali applicabili a qualsiasi nuovo elettrodo fabbricato che deve essere convalidato per le registrazioni biopotenziali cutanee.

<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

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.

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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Conformable Wearable Electrodes: From Fabrication to Electrophysiological Assessment

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.

Elettrodi indossabili conformabili: dalla fabbricazione alla valutazione elettrofisiologica

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

I dispositivi elettronici indossabili sono oggi attori chiave nel monitoraggio del segnale del corpo umano. È necessario sviluppare interfacce cutanee conformabili per fornire un'elevata risoluzione del segnale e un funzionamento a lungo termine dei sensori cutanei. Qui presenteremo come fabbricare, caratterizzare e utilizzare facilmente elettrodi tessili tattili e morbidi come sensori elettronici organici indossabili.Per convalidare le prestazioni dei nostri sensori fabbricati, applichiamo un sistema elettronico portatile per registrare vari segnali elettrofisiologici dal corpo umano. Proponiamo configurazioni multiple per registrare vari segnali fisiologici semplicemente in laboratorio. Il seguente protocollo è stato utilizzato per fabbricare elettrodi su substrati commercialmente flessibili, come carta per tatuaggi e tessuti.Il kit di carta per tatuaggi commerciali è fornito anche con il foglio di colla. La carta per tatuaggi ha una struttura stratificata che include un foglio di carta di supporto, uno strato di alcool polivinilico solubile in acqua, un film di poliuretano rilasciabile e uno strato PVA più in alto. Per fabbricare sensori indossabili, inizia con il taglio del sottoinsieme di interesse.Posizionare il sottoinsieme sulla piastra della stampante, nastrandone il bordo per mantenerlo piatto. Quindi, riempire la cartuccia della stampante con l'inchiostro commerciale PWS dopo averla filtrata. Questa è una dispersione accurata del polimero conduttivo.Quindi stampare il disegno sul substrato. Per la carta e il tessuto del tatuaggio, che hanno più energia superficiale elevata, impostare nei parametri di stampa la spaziatura dell'indirizzo intorno a 15 o 20 micrometri. Dopo, asciugare l'elettrodo nel forno a 110 gradi Celsius per 15 minuti per completare l'evaporazione del solvente.Il sensore stampato finale dovrebbe essere simile a questo su carta per tatuaggi, tessuto, PET e tessuto estensibile. Per fabbricare un connettore esterno al sistema di posizione, tagliare un pezzo rettangolare di substrato ultra sottile, come PEN. Stampa sopra di esso un design rettangolare con tre strati PWS.Laminare l'interconnessione ultra sottile sui due elettrodi. Taglia un buco nel foglio di colla di carta per tatuaggi. Allinea tutto questo con la parte di rilevamento del segnale dell'elettrodo PWS del tatuaggio.Aggiungere un pezzo di nastro polimerico all'estremità libera dell'interconnessione PEN. Per trasferire l'elettrodo del tatuaggio, rimuovere il rivestimento della colla. Posiziona il tatuaggio sulla porzione desiderata della pelle.Inumidire a destra la carta di supporto posteriore, mantenendo il tatuaggio in posizione. Una volta che la carta di supporto posteriore è imbevuta, farla scorrere per rimuoverla, lasciando solo l'estremità dell'elettrodo della pellicola ultra trasferibile sulla pelle. Quindi, collegare il contatto PEN piatto all'unità di acquisizione esterna.Per caratterizzare l'elettrodo fabbricato utilizzando la spettroscopia di impedenza elettrochimica, eseguire la misurazione del corpo. In primo luogo, assicurarsi che il volontario sia comodamente seduto con un braccio posto sul tavolo a riposo. Quindi posizionare un elettrodo sulla pelle e collegarlo alla coppia di rilevamento funzionante del potenziale inizio.Quindi posizionare un altro elettrodo a tre centimetri di distanza dal primo e collegarlo al controelettrodo. Infine, posizionare il terzo elettrodo sul gomito e collegarlo al cavo dell'elettrodo di riferimento. Quindi avviare la misurazione con l'avvio potenziale.Applicare una corrente tra il contatore e gli elettrodi di lavoro e misurare la variazione potenziale tra il riferimento e la coppia di rilevamento. Si noti che l'impedenza di uscita calcolata a ciascuna frequenza è costituita da due contributi. L'impedenza cutanea e l'impedenza di contatto pelle-elettrodo.La sezione seguente descrive il posizionamento in scala per ogni segnale bio di interesse. Un esempio di monitoraggio elettrovisivo di articoli utilizzando elettrodi C-sinistra e C-destra disponibili in commercio. Per l'ECG, adattare una configurazione con tre elettrodi, uno usato come terra.Per l'attività elettrica del cervello, EEG, posizionare gli elettrodi sulla fronte e intorno alle orecchie esterne. Per la misurazione dell'attività elettrodermica, EDA, posizionare due elettrodi sulla parte superiore della mano sinistra. Quindi eseguire la registrazione mentre il soggetto è a riposo o fa esercizio fisico.Per caratterizzare le prestazioni dell'elettrodo, abbiamo riportato l'impedenza rappresentativa degli elettrodi tessili. Gli elettrodi tessili presentano un'impedenza leggermente superiore ma comparabile rispetto agli elettrodi standard a destra sinterizzati CI. La forma dei modelli di impedenza indica un comportamento resistivo leggermente superiore nel caso di elettrodi tessili.Considerando che, il CI standard sinterizzato a destra mostra il tipico comportamento della capacità resistiva. Posizionando elettrodi sulla pelle in diverse aree del corpo, abbiamo accesso a più segnali bio. Il tracciamento EEG ha spostato la registrazione dell'attività elettrica della popolazione di neuroni attivi.Uno dei gruppi di base delle onde cerebrali è l'Alfa tra 8 e 13 hertz. Le onde alfa riflettono lo stato del cervello sotto rilassamento e possono essere indotte chiedendo al soggetto di chiudere gli occhi. La linea grigia del trattino verticale segna il momento della registrazione in cui al volontario è stato chiesto di aprire gli occhi.Il tracciato ECG mostra la polarizzazione e la polarizzazione dell'atrio e dei ventricoli del cuore, rappresentata dal modello caratteristico costituito dall'onda P, dal complesso IQRS e da un'onda T. I picchi R mostrano l'ampiezza più alta e vengono utilizzati per calcolare la frequenza cardiaca considerando il tempo tra due consecutivi. Abbiamo registrato il tracciamento EMG mentre il volontario ha progressivamente aumentato la forza dei muscoli R.L'attività muscolare intensificata è quantificata dall'ampiezza di aumento dei picchi di tensione. In un tracciato EMG, picchi con ampiezza da pochi microvolt a pochi mini volt nella gamma di frequenza da 10 a mila hertz riflettono il muscolo dell'iperattività, guidato dai potenziali d'azione dell'unità motoria. Il tracciamento EDA è tipicamente composto da un tonico e da componenti sfocati.La componente tonica riflette il livello di conduttanza cutanea e corrisponde al segnale di fondo. La componente fuzzy riflette la risposta del soggetto a uno stimolo specifico ed è rilevabile dal cambiamento del valore di conduttanza cutanea. Questo tracciamento viene utilizzato per valutare il livello di stress umano e l'idratazione del corpo.Con il nostro protocollo, otteniamo un sensore di pelle morbido e confortevole per il pattern di un inchiostro conduttivo su cellule spesso morbide dritte. E la stampa è una tecnica locale e scalabile che si distingue dai tradizionali processi di fabbricazione microelettronica. Il metodo proposto descrive come acquisire segnali elettro che variano da debole attività neuro a contrazione muscolare ad alta potenza.Il segnale consente di entrare nello stato fisiologico del corpo dell'utente. Di un ruolo, presentiamo il primo passo sulla fattibilità di dispositivi verbali senza soluzione di continuità per una varietà della mia applicazione medica, che è passata dal fitness al monitoraggio sanitario.

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