Neue Studie: bahnbrechende Flexibilität und Haltbarkeit bei Bioelektroden für tragbare Gesundheitsgeräte erreicht

BerlinDie Gesundheits- und Fitnessbranche erlebt einen rasanten Wandel durch tragbare Geräte, die kontinuierlich Körperfunktionen überwachen können. Bis 2033 wird erwartet, dass diese Geräte einen Marktwert von 572,06 Milliarden USD erreichen. Derzeitige Bioelektroden haben jedoch Probleme, da sie nicht flexibel und luftdurchlässig genug sind, was sie auf Dauer unangenehm zu tragen macht.

Forscher des Tokyo Institute of Technology, darunter Assistenzprofessor Tatsuhiro Horii und außerordentlicher Professor Toshinori Fujie, haben ein neues Bioelektrodenmaterial entwickelt, um bestehende Probleme zu lösen. Dieses Material, das sie in NPG Asia Materials beschrieben haben, ist dehnbar, luftdurchlässig und passt sich eng der Haut an. Hier sind einige wichtige Merkmale:

• Bestehend aus leitfähigen faserigen Netzwerken aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs).
• Auf einer dehnbaren nano-Folie aus Poly(styrol-b-butadien-b-styrol) (SBS) getragen.
• Mehrschichtige Struktur, die eine Dicke von nur 431 nm erreicht.
• Hauptmerkmale: Flexibilität, Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, Haltbarkeit.

Horii erläutert, dass sie Elektroden entwickeln möchten, die sich selbst tragen, dehnbar sind, Feuchtigkeit durchlassen und sich gut an die Haut anpassen, ohne die Bewegungsfreiheit einzuschränken.

Das Team verwendete SWCNTs in wasserbasierten Gemischen und trug diese Schicht für Schicht auf SBS-Nanosheets auf. Dadurch wurden die Bioelektroden sowohl dehnbar als auch atmungsaktiv. Mehrere Schichten von SWCNTs machten das Material steifer, was den elastischen Modulus von 48,5 MPa bei einer Schicht auf 60,8 MPa bei drei Schichten und bis auf 104,2 MPa bei fünf Schichten erhöhte, ohne die Flexibilität zu verlieren.

SBS-Nanoschichten, ob ohne Beschichtung oder mit einer oder drei Schichten SWCNTs, können sich bis zu 380% ihrer ursprünglichen Länge dehnen, bevor sie dauerhaft verformen. Dies übertrifft metallische Elektroden wie Gold bei weitem, die bei weniger als 30% Dehnung brechen.

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Eine entscheidende Anforderung für Bioelektroden ist die Vermeidung von Schweißbildung. Die faserige Struktur des SWCNT-Netzwerks ermöglicht eine bessere Luftdurchlässigkeit im Vergleich zu festen Filmen. Tests ergaben, dass SWCNT 3rd-SBS eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 28.316 g/m² über 2 Stunden aufwies, was doppelt so hoch ist wie die der normalen Haut.

Haltbarkeitsprüfung bestanden: Bioelektroden zeigen hohe Belastbarkeit

Haltbarkeitstests zeigten, dass diese Bioelektroden robust sind. Das Team tauchte sie in künstlichen Schweiß und bog sie viele Male, wobei nur ein geringer Anstieg des Widerstands festgestellt wurde (1,1-fach im Schweiß und 1,3-fach nach 300 Biegungen). Zudem blieben die SWCNT 3rd-SBS Nanoschichten auch nach zehnmaligem Reiben an Ort und Stelle, was sie für den langfristigen Einsatz geeignet macht.

Diese neue Technologie kann Bioelektroden komfortabler, langlebiger und genauer machen. Forscher und Entwickler sollten diesen Veränderungen Beachtung schenken, da sie grundlegende Probleme bei tragbaren Gesundheitsgeräten lösen. Diese Verbesserungen könnten Gesundheitsmonitore zuverlässiger und langlebiger machen, was sowohl den Nutzern als auch dem medizinischen Bereich zugutekäme.