Ny studie: banbrytande flexibilitet och hållbarhet i bioelektroder för bärbara hälsovårdsapparater.

StockholmHälso- och fitnessindustrierna förändras snabbt på grund av bärbara enheter som kontinuerligt kan övervaka kroppens signaler. År 2033 förväntas värdet av dessa enheter uppgå till 572,06 miljarder USD. Men nuvarande bioelektroder har utmaningar, som bristen på flexibilitet och att de inte är andningsbara, vilket gör dem obekväma att bära under lång tid.

Forskare från Tokyo Institute of Technology, inklusive biträdande professor Tatsuhiro Horii och docent Toshinori Fujie, har utvecklat ett nytt bioelektrodmaterial för att lösa befintliga problem. Detta material, som de beskrivit i NPG Asia Materials, kan sträckas ut, släpper igenom luft och sitter tätt mot huden. Här är några viktiga egenskaper:

• Består av ledande fibernätverk tillverkade av enkelväggiga kolnanorör (SWCNTs).
• Uppburet på ett stretchbart poly(styren-butadien-styren) (SBS) nanoskikt.
• Flera lager, med en tjocklek ned till 431 nm.
• Huvudsakliga egenskaper: Flexibilitet, Fuktighetsgenomsläpplighet, Hållbarhet.

Horii berättar att de vill ha elektroder som kan bära sig själva, vara töjbara, släppa igenom fukt och sitta bra på huden utan att hindra rörelse.

Teamet använde SWCNT i vattenbaserade blandningar och applicerade dem lager för lager på SBS-nanopapper. Detta gjorde bioelektroderna både töjbara och luftgenomsläppliga. Genom att lägga till fler lager av SWCNT ökade materialets styvhet, och den elastiska modulen ökade från 48,5 MPa med ett lager till 60,8 MPa med tre lager, och upp till 104,2 MPa med fem lager, utan att förlora flexibiliteten.

SBS-nanoblad utan beläggning och de med ett eller tre lager SWCNT kan töjas upp till 380% av sin ursprungliga längd innan de deformeras permanent. Detta är mycket bättre än metallelektroder som guld, vilka kan sträckas mindre än 30% innan de går sönder.

Läs också:

Idag · 04:05

Vikingarna: pionjärer i handeln med valrossbetar i Arktis

Ett viktigt krav för bioelektroder är att förhindra bildning av svett. Den fiberrika strukturen hos SWCNT-nätverket låter luft komma igenom bättre än solida filmer. Tester visade att SWCNT 3rd-SBS hade en vattenångtransmissionshastighet på 28 316 g/m² under 2 timmar, vilket är dubbelt så högt som normal hud.

Hållbarhetstester visade att dessa bioelektroder är robusta. Teamet placerade dem i konstgjord svett och böjde dem upprepade gånger, vilket endast resulterade i en liten ökning av resistans (1,1 gånger i svett och 1,3 gånger efter 300 böjningar). Dessutom förblev SWCNT 3rd-SBS nanosheets på plats även efter att de gnuggats tio gånger, vilket gör dem lämpliga för långvarig användning.

I prestandatester jämfördes dessa nya bioelektroder med standard Ag/AgCl-gelelektroder med användning av ytelektromyografi (sEMG) under griprörelser. SBS-nanoskiktet med tre lager av SWCNT uppvisade signal-brusförhållanden på 24,6 dB, vilket är nära de 33,3 dB från Ag/AgCl-gelelektroderna. "Vi skapade hudvänliga bioelektroder med bra vattenångans permeabilitet som presterar liknande traditionella elektroder i sEMG-test,” säger Fujie. Detta visar potentialen för dessa bioelektroder i framtida bärbara hälsovårdsanordningar.

Denna nya teknik kan göra bioelektroder mer bekväma, hållbara och precisa. Forskare och utvecklare bör uppmärksamma dessa förändringar eftersom de löser grundläggande problem med bärbara hälsodevice. Dessa förbättringar kan göra hälsoövervakningar mer tillförlitliga och hållbara längre, vilket skulle gynna både användare och den medicinska sektorn.