Nowe badanie: bioelektrody o niespotykanej elastyczności i trwałości do urządzeń medycznych do noszenia

WarsawBranże opieki zdrowotnej i fitnessu szybko się rozwijają dzięki urządzeniom noszonym na ciele, które mogą nieustannie monitorować sygnały biologiczne. Szacuje się, że do 2033 roku wartość tych urządzeń osiągnie 572,06 miliardów USD. Jednak obecne elektrody biologiczne mają wady, takie jak brak elastyczności i przepuszczalności powietrza, co sprawia, że noszenie ich przez dłuższy czas jest niekomfortowe.

Naukowcy z Tokijskiego Instytutu Technologii, w tym adiunkt Tatsuhiro Horii oraz profesor nadzwyczajny Toshinori Fujie, stworzyli nowy materiał bioelektrodowy, który ma rozwiązać dotychczasowe problemy. Materiał ten, opisany przez nich w czasopiśmie NPG Asia Materials, potrafi się rozciągać, jest przepuszczalny dla powietrza i idealnie przylega do skóry. Oto kilka kluczowych cech:

Składa się z przewodzących sieci włóknistych wykonanych z jednosciennych nanorurek węglowych (SWCNT). Jest wsparty na rozciągliwej nanomembranie z poli(styrenu-b-butadienu-b-styrenu) (SBS). Składa się z wielu warstw, osiągając grubość nawet 431 nm. Główne cechy to elastyczność, przepuszczalność wilgoci i trwałość.

Horii tłumaczy, że dążą do stworzenia elektrod, które będą samonośne, elastyczne, przepuszczające wilgoć i dobrze przylegające do skóry bez ograniczania ruchów.

Zespół wykorzystał SWCNT w wodnych mieszaninach i nakładał je warstwa po warstwie na nanosheety SBS. Dzięki temu bioelektrody stały się zarówno rozciągliwe, jak i przewiewne. Dodanie większej liczby warstw SWCNT spowodowało zwiększenie sztywności materiału, podnosząc moduł sprężystości z 48,5 MPa przy jednej warstwie do 60,8 MPa przy trzech warstwach, a nawet do 104,2 MPa przy pięciu warstwach, nie tracąc przy tym elastyczności.

Zobacz również:

Dzisiaj · 04:05

Wikingowie: pionierzy arktycznych szlaków handlowych kością słoniową

Niepowlekane nanosheety SBS oraz te z jedną lub trzema warstwami SWCNT mogą rozciągnąć się do 380% swojej pierwotnej długości zanim ulegną trwałemu odkształceniu. Jest to znacznie lepsze osiągnięcie niż w przypadku elektrod metalowych, takich jak złoto, które mogą rozciągnąć się o mniej niż 30% przed ich przerwaniem.

Kluczowym wymogiem dla bioelektrod jest zapobieganie poceniu się. Włóknista struktura sieci SWCNT umożliwia lepsze przenikanie powietrza w porównaniu do pełnych filmów. Badania wykazały, że SWCNT 3rd-SBS posiadała współczynnik transmisji pary wodnej na poziomie 28 316 g/m² w ciągu 2 godzin, co jest dwukrotnie wyższą wartością niż dla normalnej skóry.

Testy trwałości wykazały, że te bioelektrody są wytrzymałe. Zespół umieścił je w sztucznym pocie i wielokrotnie zginał, obserwując jedynie niewielki wzrost oporu (1,1 razy w pocie i 1,3 razy po 300 zgięciach). Co więcej, nanosheety SWCNT 3rd-SBS pozostały na swoim miejscu nawet po dziesięciokrotnym pocieraniu, co czyni je odpowiednimi do długoterminowego użytku.

Ta nowa technologia może sprawić, że bioelektrody staną się bardziej komfortowe, trwałe i precyzyjne. Naukowcy i twórcy powinni zwrócić uwagę na te zmiany, ponieważ rozwiązują one podstawowe problemy w noszonych urządzeniach medycznych. Te usprawnienia mogą zwiększyć niezawodność i wydłużyć żywotność monitorów zdrowia, co byłoby korzystne zarówno dla użytkowników, jak i dla branży medycznej.