Nieuwe doorbraak: flexibele, duurzame bio-elektroden voor draagbare gezondheidsapparaten ontwikkeld door Tokyo Institute of Technology

AmsterdamDe gezondheids- en fitnesssectoren ondergaan snelle veranderingen door de opkomst van wearables die continu lichaamsignalen kunnen monitoren. Tegen 2033 wordt verwacht dat deze apparaten een waarde zullen hebben van USD 572,06 miljard. Echter, de huidige bio-elektroden kennen nadelen zoals onvoldoende flexibiliteit en ademend vermogen, wat ze oncomfortabel maakt voor langdurig gebruik.

Onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology, waaronder assistent-professor Tatsuhiro Horii en universitair hoofddocent Toshinori Fujie, hebben een nieuw bio-elektrodemateriaal ontwikkeld om bestaande problemen aan te pakken. Dit materiaal, dat zij in NPG Asia Materials beschrijven, kan uitrekken, laat lucht door en sluit nauw aan op de huid. Hier zijn enkele belangrijke kenmerken:

• Gemaakt van geleidende netwerken van enkelwandige koolstof nanobuisjes (SWCNTs).
• Ondersteund door een rekbaar poly(styreenvb-dieen-interneelatine) (SBS) nanosheet.
• Bestaat uit meerdere lagen, met een dikte tot slechts 431 nm.
• Belangrijkste eigenschappen: Flexibiliteit, vocht doorlatendheid, duurzaamheid.

Horii legt uit dat ze elektroden willen die zichzelf kunnen ondersteunen, kunnen rekken, vocht doorlaten en goed op de huid passen zonder de beweging te belemmeren.

Het team gebruikte SWCNT's in watergebaseerde mengsels en bracht ze laag voor laag aan op SBS-nanovellen. Dit zorgde ervoor dat de bio-elektroden zowel rekbaar als ademend waren. Door meer lagen SWCNT's toe te voegen, werd het materiaal stijver, waarbij de elasticiteitsmodulus toenam van 48,5 MPa met één laag tot 60,8 MPa met drie lagen en zelfs tot 104,2 MPa met vijf lagen, zonder dat de flexibiliteit verloren ging.

Lees ook:

Vandaag · 02:08

Zeventiende-eeuwse pleegzorg gaf arme vrouwen zeggenschap

SBS-nanosheets, zowel zonder coating als met één of drie lagen SWCNT's, kunnen tot wel 380% van hun oorspronkelijke lengte worden uitgerekt voordat ze permanent vervormen. Dit is aanzienlijk beter dan metalen elektroden zoals goud, die minder dan 30% kunnen rekken voordat ze breken.

Een belangrijke eis voor bio-elektroden is het voorkomen van zweetvorming. De vezelstructuur van het SWCNT-netwerk laat lucht beter door dan vaste films. Tests toonden aan dat de SWCNT 3rd-SBS een waterdampdoorlatendheid had van 28.316 g/m² over 2 uur, wat twee keer zo hoog is als normaal huid.

Duurzaamheidstests toonden aan dat deze bio-elektroden robuust zijn. Het team plaatste ze in kunstmatig zweet en boog ze vele malen, waarbij ze slechts een kleine toename in weerstand zagen (1,1 keer in zweet en 1,3 keer na 300 buigingen). Bovendien bleven de SWCNT 3rd-SBS-nanosheets ook na tien keer wrijven op hun plaats, wat ze geschikt maakt voor langdurig gebruik.

Deze nieuwe technologie kan bio-elektroden comfortabeler, duurzamer en nauwkeuriger maken. Onderzoekers en ontwikkelaars moeten hier aandacht aan besteden, omdat ze fundamentele problemen in draagbare gezondheidsapparaten oplossen. Deze verbeteringen kunnen ervoor zorgen dat gezondheidsmonitors betrouwbaarder worden en langer meegaan, wat zowel gebruikers als de medische sector ten goede komt.