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

Detta arbete stöddes av den franska nationella forskningsbyrån genom ANR JCJC OrgTex-projektet (ANR-17-CE19-0010). Det har också fått finansiering från Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020 enligt Marie Sklodowska-Curie-bidragsavtalet nr 813863. E.I. vill tacka CMP:s renrumspersonal vid Centre Microelectronics i Provence för deras tekniska stöd under projektets utveckling.

OBS: Experiment med människor involverade inte insamling av identifierbar privat information relaterad till individens hälsotillstånd och används endast här för teknisk demonstration. Data var i genomsnitt över tre olika ämnen. De elektrofysiologiska registreringarna har hämtats från tidigare publicerade data 6,21.
1. Bläckstråleskriven PEDOT: PSS-elektrodtillverkning
OBS: Följand...

<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>

Detta dokument beskriver en enkel och skalbar process för att tillverka bärbara elektroder och demonstrerar en metod för inspelning av elektrofysiologiska biosignaler. Den använder tre exempel på bärbara underlag, såsom tatuering, textil och tunna filmer. Den introducerar hur man bygger en sensor på dessa underlag och karakteriserar dess prestanda före dess tillämpning. För att tillverka elektroderna här använde vi PEDOT: PSS, en ledande polymer som sticker ut från metallbaserade ledare på grund av dess ko...

Icke-invasiv biopotentialinspelning utförs genom hudkontaktelektroder, vilket ger en stor mängd data om människokroppens fysiologiska status inom fitness och sjukvård1. Nya typer av bärbara biomonitoreringsenheter har utvecklats från de senaste tekniska framstegen inom elektronik genom nedskalning av integrerade styr- och kommunikationskomponenter till bärbara dimensioner. Smarta övervakningsenheter genomsyrar marknaden dagligen och erbjuder flera övervakningsfunktioner med det slutliga målet att tillhandahålla tillräckligt fysiologiskt innehåll för att möjliggöra medicinsk diagnostik2. Därför utgör säkra, pålitliga och robusta gränssnitt med människokroppen kritiska utmaningar i utvecklingen av legitim bärbar teknik för hälso- och sjukvård. Tatuerings- och textilelektroder har nyligen dykt upp som pålitliga och stabila gränssnitt som uppfattas som innovativa, bekväma enheter för bärbar biosensing 3,4,5.
Tatueringssensorer är torra och tunna gränssnitt som på grund av sin låga tjocklek (~ 1 μm) säkerställer limfri, formbar hudkontakt. De är baserade på ett kommersiellt tillgängligt tatueringspapperssats som består av en skiktad struktur, vilket möjliggör frisättning av ett ultratunnt polymerskikt på huden6. Den skiktade strukturen möjliggör också enkel hantering av det tunna polymera skiktet under sensorns tillverkningsprocess och dess överföring till huden. Den slutliga elektroden är helt konform och nästan omärkbar för bäraren. Textilsensorer är elektroniska anordningar erhållna från tygfunktionalisering med elektroaktiva material7. De är huvudsakligen integrerade eller helt enkelt sydda i kläder för att säkerställa användarens komfort på grund av deras mjukhet, andningsförmåga och uppenbara affinitet med plagg. I nästan ett decennium har textil- och tatueringselektroder utvärderats i ytelektrofysiologiska inspelningar 3,8,9, vilket visar goda resultat både i bärbarhet och signalkvalitetsinspelningar och rapporterar högt signal-brusförhållande (SNR) i kort- och långsiktiga utvärderingar. De är också tänkta som en potentiell plattform för bärbar biokemisk svettanalys 1,10.
Det växande intresset för tatuering, textil och i allmänhet flexibel tunnfilmsteknik (t.ex. de som är gjorda av plastfolier som parylen eller olika elastomerer) främjas främst av kompatibiliteten med billiga och skalbara tillverkningsmetoder. Screentryck, bläckstråleutskrift, direkt mönstring, doppbeläggning och stämpelöverföring har framgångsrikt antagits för att producera sådana typer av elektroniska gränssnitt11. Bland dessa är bläckstråleutskrift den mest avancerade digitala och snabba prototyptekniken. Det appliceras huvudsakligen på mönstring av ledande bläck på ett kontaktfritt, additivt sätt under omgivande förhållanden och på en mängd olika substrat12. Även om flera bärbara sensorer har tillverkats genom ädelmetallbläckmönster13, är metallfilmer spröda och genomgår sprickbildning när de är mekaniskt stressade. Olika forskargrupper har antagit olika strategier för att förse metaller med egenskapen mekanisk kompatibilitet med huden. Dessa strategier inkluderar att minska filmtjockleken och använda serpentindesigner eller skrynkliga och försträckta underlag 14,15,16. Mjuka och inneboende flexibla ledande material, såsom ledande polymerer, fann sin tillämpning i flexibla bioelektroniska anordningar. Deras polymera flexibilitet kombineras med elektrisk och jonisk ledningsförmåga. PEDOT:PSS är den mest använda ledande polymeren inom bioelektronik. Det kännetecknas av mjukhet, biokompatibilitet, hållbarhet och tryckbearbetningsförmåga17, vilket gör den kompatibel med den utbredda produktionen av biomedicinska enheter.
Enheter, såsom plana elektroder anslutna till ett förvärvssystem, möjliggör registrering av biopotentialer i hälsoövervakning. Människokroppens biopotentialer är elektriska signaler som genereras av elektrogena celler som sprider sig genom kroppen upp till hudytan. Beroende på var elektroderna är placerade är det möjligt att förvärva data relaterade till hjärnans elektriska aktivitet (EEG), muskler (EMG), hjärta (EKG) och hudledningsförmåga (t.ex. bioimpedans eller elektrodermal aktivitet, EDA). Kvaliteten på data bedöms sedan för att utvärdera elektrodernas användbarhet i kliniska tillämpningar. En hög SNR definierar deras prestanda18, vilket vanligtvis jämförs med toppmoderna Ag / AgCl-elektrodinspelningar. Även om Ag/AgCl-elektroderna också har hög SNR, saknar de långsiktig drift och formbar bärbarhet. Högkvalitativa biosignalinspelningar ger insikter om människors hälsotillstånd relaterat till ett visst organs funktion. Således indikerar dessa fördelar med bekväma tatuerings- eller textilgränssnitt deras löfte för långsiktiga applikationer som kan möjliggöra verklig mobil hälsoövervakning och bana väg för utvecklingen av telemedicin19.
Denna uppsats rapporterar hur man tillverkar och bedömer tatuerings- och textilelektroder vid hälsobiomonitorering. Efter tillverkningen måste en ny elektrod karakteriseras. Vanligtvis antas elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att studera elektrodens elektriska prestanda med avseende på ett målgränssnitt (t.ex. hud) när det gäller överföringsfunktionen. EIS används för att jämföra impedansegenskaperna hos flera elektroder och utföra tester under olika förhållanden (t.ex. variera elektroddesignen eller studera långsiktiga svar). Detta dokument visar inspelningen av ytbiosignaler genom en enkel installation och rapporterar en användarvänlig metod för att spela in olika typer av biosignaler som är tillämpliga på alla nya tillverkade elektroder som behöver valideras för kutana biopotentialinspelningar.

<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

Bärbara elektroniska enheter blir nyckelaktörer för att övervaka kroppssignalerna som huvudsakligen förändras under spårning av fysisk aktivitet. Med tanke på det växande intresset för telemedicin och personlig vård som drivs av uppkomsten av Internet of Things-eran har bärbara sensorer utökat sitt användningsområde till sjukvården. För att säkerställa insamling av kliniskt relevanta data måste dessa produkter upprätta konforma gränssnitt med människokroppen för att tillhandahålla inspelningar av hög signalkvalitet och långvarig drift. För detta ändamål presenterar detta papper en metod för att enkelt tillverka formbara tunna tatuerings- och mjuka textilbaserade sensorer för deras tillämpning som bärbara organiska elektroniska enheter i ett brett spektrum av ytelektrofysiologiska inspelningar. 
Sensorerna utvecklas genom en kostnadseffektiv och skalbar process av kutan elektrodmönster med poly (3,4-etylendioxitiofen) -poly (styrensulfonat) (PEDOT: PSS), den mest populära ledande polymeren inom bioelektronik, på färdiga, bärbara substrat. Detta dokument presenterar viktiga steg i elektrodkarakterisering genom impedansspektroskopi för att undersöka deras prestanda vid signaltransduktion i kombination med huden. Jämförande studier krävs för att positionera prestandan hos nya sensorer i förhållande till den kliniska guldstandarden. För att validera de tillverkade sensorernas prestanda visar detta protokoll hur man utför olika biosignalinspelningar från olika konfigurationer genom en användarvänlig och bärbar elektronisk installation i laboratoriemiljö. Detta metodpapper kommer att möjliggöra flera experimentella initiativ för att främja den nuvarande tekniken inom bärbara sensorer för övervakning av människokroppens hälsa.

Detta papper visar tillverkningen av bekväma hudkontaktelektroder genom bläckstråleutskrift och en metod för att karakterisera dem och utföra elektrofysiologiska inspelningar. Vi rapporterade tillverkningsstegen för PEDOT: PSS-bläckstråleutskrift direkt på olika underlag, såsom tyg (figur 1A), PEN (figur 1B) och tatueringspapper (figur 1C, D) som referens. De föreslagna konstruktionerna i protokollsteg 1....

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

Två nya tekniker - tatuering och textilier - har visat lovande resultat i kutan avkänning. Här presenterar vi tillverknings- och utvärderingsmetoder för tatuerings- och textilelektroder för kutan elektrofysiologisk avkänning. Dessa elektroniska gränssnitt gjorda av ledande polymerer överträffar de befintliga standarderna när det gäller komfort och känslighet.

Formbara bärbara elektroder: Från tillverkning till elektrofysiologisk bedömning

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

Bärbara elektroniska enheter är dagens nyckelaktörer inom signalövervakning av människokroppen. Formbara hudgränssnitt behövs för att ge hög signalupplösning och långvarig drift av kutana sensorer. Här presenterar vi hur man enkelt kan tillverka, karakterisera och använda taktila och mjuka textilelektroder som en bärbar organisk elektronisk sensor.För att validera prestandan hos våra tillverkade sensorer tillämpar vi ett bärbart elektroniskt system för att registrera olika elektrofysiologiska signaler från människokroppen. Vi föreslår flera konfigurationer för att spela in olika fysiologiska signaler helt enkelt i labbet. Följande protokoll har använts för att tillverka elektroder på kommersiellt flexibla underlag, såsom tatueringspapper och textil.Det kommersiella tatueringspapperssatsen är också försedd med limplåten. Tatueringspapper har en skiktad struktur inklusive ett bärande pappersark, ett vattenlösligt polyvinylalkoholskikt, en släppbar polyuretanfilm och ett översta PVA-lager. För att tillverka bärbar sensor, börja med att klippa delmängden av intresse.Placera delmängden på skrivarplåten och tejpa på dess kant för att hålla den platt. Fyll sedan skrivarkassetten med PWSs kommersiella bläck efter filtrering. Detta är en exakt dispersion av den ledande polymeren.Skriv sedan ut din design på underlaget. För tatueringspapper och textil, som har mer den höga ytenergin, ställer du in utskriftsparametrarna på avstånd runt 15 eller 20 mikrometer. Torka sedan elektroden i ugnen vid 110 grader Celsius i 15 minuter för att slutföra lösningsmedelsindunstningen.Den slutliga tryckta sensorn ska se ut så här på tatueringspapper, tyg, PET och töjbar textil. För att tillverka extern kontakt till positionssystemet, skär en rektangulär bit ultratunnt underlag, till exempel PEN. Skriv ut ovanpå en rektangulär design med tre PWS-lager.Laminera den ultratunna sammankopplingen på de två elektroderna. Skär ett hål i tatueringspapper limplåt. Rikta in allt detta med signalavkänningsdelen av tatueringens PWS-elektrod.Lägg till en bit polymertejp på den fria änden av PEN-sammankopplingen. För att överföra tatueringselektroden, ta bort limfodret. Placera tatueringen på önskad del av huden.Fukta höger bakre stödpapperet och håll tatueringen på plats. När det bakre stödpapperet är blött, skjut det för att ta bort det och lämna bara elektrodänden på den överförbara ultrafilmen på huden. Anslut sedan den platta PEN-kontakten till den externa anskaffningsenheten.För att karakterisera den tillverkade elektroden med hjälp av elektrokemisk impedansspektroskopi, utför på kroppsmätning. För det första, se till att volontären sitter bekvämt med en arm placerad på bordet i vila. Placera sedan en elektrod på huden och anslut den till det fungerande avkänningsparet av den potentiella starten.Placera sedan en annan elektrod tre centimeter från den första och anslut den till motelektroden. Placera slutligen den tredje elektroden på armbågen och anslut den till referenselektrodkabeln. Starta sedan mätningen med potentiell start.Applicera en ström mellan räknaren och arbetselektroderna och mät den potentiella variationen mellan referens- och avkänningsparet. Observera att utgångsimpedansen som beräknas vid varje frekvens består av två bidrag. Hudimpedansen och hudelektrodkontaktimpedansen.I följande avsnitt beskrivs den stegade placeringen för varje biosignal av intresse. Ett exempel på elektrovisuella artikelövervakning med kommersiellt tillgängliga C-vänster och C-höger elektroder. För EKG, anpassa en konfiguration med tre elektroder, en som används som jord.För hjärnans elektriska aktivitet, EEG, placera elektroderna på pannan och runt de yttre öronen. För den elektrodermala aktivitetsmätningen, EDA, placera två elektroder på toppen av vänster hand. Utför sedan inspelningen medan motivet är i vila eller tränar.För att karakterisera elektrodens prestanda rapporterade vi den representativa impedansen hos textilelektroder. Textilelektroder uppvisar något högre men jämförbar impedans än CI-sintrade högerstandardelektroder. Formen på impedansmodellerna indikerar ett något högre resistivt beteende när det gäller textilelektroder.Medan standard CI sintrade höger visar typiskt resistivt kapacitetsbeteende. Genom att placera elektroder på huden i olika kroppsdelar har vi tillgång till flera biosignaler. EEG-spårningen förskjutit den elektriska aktivitetsregistreringen av populationen av aktiva neuroner.En av den grundläggande gruppen av hjärnvågor är Alpha mellan 8 och 13 hertz. Alfavågorna återspeglar hjärnans tillstånd under avslappning och kan induceras genom att be försökspersonen att stänga ögonen. Den grå vertikala strecklinjen markerar ögonblicket i inspelningen då volontären ombads öppna ögonen.EKG-spårningen visar polarisationen och polarisationen av hjärtats atrium och ventriklar, representerat av det karakteristiska mönstret bestående av P-vågen, IQRS-komplexet och en T-våg. R-topparna visar den högsta amplituden och används för att beräkna hjärtfrekvensen genom att ta hänsyn till tiden mellan två på varandra följande. Vi registrerade EMG-spårningen medan volontären gradvis ökade kraften i R-musklerna.Den intensifierade muskelaktiviteten kvantifieras av spänningstopparnas ökade amplitud. I en EMG-spårning återspeglar spikar med amplitud från få mikrovolt till få minivolt i frekvensområdet 10 till tusen hertz muskeln i hyperaktiviteten, driven av motorenhetens åtgärdspotentialer. EDA-spårningen består vanligtvis av en tonic och en fuzzy-komponent.Den toniska komponenten återspeglar hudens konduktansnivå och motsvarar bakgrundssignalen. Den fuzzy komponenten återspeglar ämnets svar på en specifik stimulans, och den kan detekteras genom förändring i hudens konduktansvärde. Denna spårning används för att utvärdera mänsklig stressnivå och kroppshydrering.Med vårt protokoll får vi en mjuk och bekväm hudsensor till mönstring av ett ledande bläck på ofta mjuka celler rakt. Och utskriften är en lokal och skalbar teknik som sticker ut från traditionella mikroelektroniska tillverkningsprocesser. Den föreslagna metoden beskriver hur man förvärvar elektrosignaler som varierar från svag neuroaktivitet till muskelkontraktion med hög effekt.Signalen gör det möjligt att komma in i användarkroppens fysiologiska status. Av en roll presenterar vi det första steget på genomförbarheten av sömlösa verbala enheter för en mängd av mina medicinska applikationer, som har snurrat från fitness till vårdövervakning.

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

Design av en cyklisk tryck Bioreaktor för Ex vivo Studie av Aorta hjärtklaffar

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

Mikroflödessystem Chip Fabrication och metod för att upptäcka influensa

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 (aplysi) Ganglier förberedelse för elektrofysiologiska och molekylära analyser av enskilda nervceller

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

Polymera mikronålmatris Fabrication genom 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

Tillverkning och validering av en orgel-on-chip System med integrerad elektroder direkt kvantifiera Transendothelial resistans

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

Tillverkning av cell-lösa brosk-derived Matrix ställningar

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

Encellig optisk åtgärd potentiell mätning hos mänskliga inducerade pluripotenta stamcellsbaserade kardiomyocyter

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 härledd mänsklig konstruerad bindväv för screeningapplikationer

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

Tillverkning och karakterisering av lager-för-lager Janus Base Nano-Matrix för att främja broskregenerering

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

Installation av bärbara konsumentenheter för exponering och hälsoövervakning i befolkningsstudier

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