В ТПУ создали «сухие» электроды для умной одежды с высокой биосовместимостью

Учёные Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ разработали электроды для регистрации биопотенциалов человека. Они прошли испытания на биосовместимость.

В ходе лабораторных тестов оценивалось воздействие электродов на кожу кроликов. Исследование показало, что они обладают низкой цитотоксичностью. Это делает сенсоры на основе оксида графена перспективным материалом для создания умной одежды. В перспективе её смогут использовать спортсмены и амбулаторные пациенты.

Результаты испытаний вошли в статью, которая была выбрана на обложку журнала ACS Sensors. Проект реализуется при поддержке программы Минобрнауки «Приоритет-2030».

Измерение биопотенциалов помогает отслеживать важные показатели жизнедеятельности.

Электроды, которые регистрируют электрическую активность сердца, мышц и мозга, можно использовать не более 72 часов. Это связано с тем, что в месте крепления электрода может возникнуть раздражение из-за материала электрода или клеящего вещества.

Научная группа TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ предложила новый способ создания биоэлектродов для умной одежды. Они изготовлены из графеново-полимерных композитов, которые долго служат для мониторинга.

Учёные определили оптимальные параметры лазерной обработки оксида графена в многослойной структуре с тонкой плёнкой полиэтилентерефталата на текстильной подложке. Это позволило создать электроды, устойчивые к стирке и обладающие высокой электропроводностью и достаточной механической стабильностью.

Важно, что электроды можно изготавливать из коммерчески доступного текстиля. А их главная особенность — они «сухие», то есть могут работать без гелевого интерфейса, который обеспечивает контакт с кожей.

На новом этапе проекта политехники оценили, насколько их электроды биосовместимы.

Специалисты Сибирского государственного медицинского университета исследовали на кроликах, как кожа реагирует на воспаление при использовании электродов на основе оксида графена и распространённых хлорсеребряных электродов (Ag/AgCl). Через 12 дней было обнаружено, что признаки воспаления значительно меньше при применении новых электродов.

Также учёные Томского политеха улучшили электрохимические свойства биоэлектродов.

В ходе исследования выяснилось, что наши датчики, изготовленные при определённых параметрах, почти не поляризуются в отличие от металлических аналогов.

Поляризация — это скопление неравновесного заряда, который мешает измерениям. Ионы не могут проникать в структуру графена и накапливаться в межслойном пространстве наших электродов, поэтому они не превышают допустимых значений уровня поляризации.

Благодаря этому механизму блокировки материал имеет высокие эксплуатационные характеристики и соответствует стандартам характеристик и требованиям к электродам для проведения ЭКГ, — говорит профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.

25.09.2024