Ученые ТПУ создали «сухие» биосовместимые электроды для умной одежды
Электроды для регистрации биопотенциалов человека, разработанные учеными Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ), успешно прошли испытания на биосовместимость, 25 сентября сообщает пресс-служба вуза.
Исследователи провели совместно с учеными Сибирского государственного медицинского университета ряд лабораторных тестов на кроликах. Оценка воздействия новых биоэлектродов на кожу показала их низкую цитотоксичность.
Полученные результаты доказывают перспективность использования сенсоров на основе оксида графена для создания умной одежды, которая может быть востребована для мониторинга состояния спортсменов или пациентов на амбулаторном лечении.
Результаты испытаний были представлены в статье «Интеллектуальный графеновый текстиль для мониторинга биопотенциала: улучшение электрохимических свойств с помощью лазера», опубликованной в журнале ACS Sensors (Q1; IF: 8,9) и помещенной на его обложке.
Измерение биопотенциалов иногда бывает необходимым для длительного мониторинга жизненно важных показателей самочувствия человека. Однако электроды, регистрирующие электрическую активность сердца, мышц, мозга и другие сигналы тела человека, могут быть наложены на него в течение не более 72 часов.
Это ограничение вызвано в основном возникающим раздражением в области крепления электрода из-за воздействия на кожу как материалов электрода, так и закрепляющего его геля.
Ранее научной группой TERS-Тeam Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ был разработан новый метод получения биоэлектродов для умной одежды на основе графен-полимерных композитов, которые позволяют вести длительный мониторинг состояния человека.
Композит создается из оксида графена в многослойной структуре с тонкой, около 100 микрометров пленкой полиэтилентерефталата и текстильной подложки. Электроды формируются с помощью лазера, который выжигает проводящий контур на поверхности подложки. Для этого исследователи определили оптимальные параметры лазерной обработки.
Полученный композит обладает высокой электропроводностью и механической стабильностью, позволяя при этом стирку материала с электродами. В качестве подложки для электродов используется коммерчески доступный текстиль. Главным же достоинством новых электродов является то, что они «сухие», то есть не требуют использования геля для обеспечения контакта с кожей.
На новом этапе проекта специалисты Сибирского государственного медицинского университета провели оценку биосовместимости разработанных в ТПУ электродов. Было проведено сравнительное исследование на кроликах воспалительной реакции кожи на новые электроды и на широко применяемые хлорсеребряные (Ag/AgCl).
Результаты показали, что при 12-дневном использовании электродов значительно меньшие признаки воспаления наблюдались у животных с электродами на основе оксида графена.
Также на данном этапе ученые Томского политеха провели исследования для оптимизации электрохимических свойств биоэлектродов. Важность этих исследований пояснила профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет:
«В ходе исследования было обнаружено важное свойство: наши датчики, изготовленные при определенных параметрах, практически не поляризуются в отличие от аналогов, созданных на основе металлов. Поляризация — процесс скапливания неравновесного заряда, который вносит помехи в измерения».
Графеновые электроды ученых ТПУ не дают превышения допустимых значений уровня поляризации, так как ионы не могут проникать в структуру графена и накапливаться там в межслойном пространстве. Это обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики материала и его соответствие требованиям к электродам для проведения ЭКГ, уточнила Шеремет.
