Desde el monitoreo de ECG de pulseras inteligentes hasta la adquisición de señales neuronales en la interfaz cerebro - computadora, desde el monitoreo continuo de azúcar en sangre hasta la estimulación cerebral profunda, estas tecnologías tienen en común que todos necesitan un electrodo para actuar como "traductores" entre sistemas electrónicos y tejidos biológicos.
Los dispositivos de monitoreo de salud portátiles se están transformando del nivel de consumo al nivel médico. Pero esta transformación se enfrenta a un umbral clave: el rendimiento de los electrodos. El electrodo es el "primer paso" para la adquisición de señales bioeléctricas, y su rendimiento determina directamente la calidad y fiabilidad de las señales fisiológicas como el ECG y el emg. La amplitud de la señal de ECG es de solo milivoltios, y la señal de EEG es de nivel de microvolpos: si la resistencia de la interfaz electrodo - piel es demasiado alta, la señal débil se inundará de ruido.
En la cadena de fabricación de electrodos flexibles, el proceso de recubrimiento - depósito de capas metálicas funcionales en la superficie de sustratos poliméricos flexibles - es un eslabón clave que determina la conductividad eléctrica, la biocompatibilidad, la resistencia a la corrosión y la adaptabilidad mecánica de los electrodos. Y elegir qué metal precioso como material de recubrimiento es la primera y más importante decisión de ingeniería que enfrentan los ingenieros.
Propuesta central:Los tres metales preciosos de oro, platino y plata tienen su propio enfoque, y elegir cuál es el material de recubrimiento es la primera y más importante decisión de ingeniería que enfrentan los ingenieros.
2. oro, platino y plata: comparación de las propiedades de los materiales de tres metales preciosos
Las propiedades centrales de los electrodos flexibles de metales preciosos se derivan de las características propias del metal recubierto. Los tres materiales de oro, platino y plata se centran en:
Oro (au)
La resistencia eléctrica es de aproximadamente 2,44 μomega · cm, la estabilidad química es extremadamente alta (no oxidada), la biocompatibilidad es excelente, la resistencia al contacto es baja y estable. Adecuado para electrodos de alta frecuencia y alta confiabilidad, la película dorada PPS puede soportar temperaturas altas por encima de 200 ° c, y la resistencia superficial es tan baja como la magnitud de 10⁻ ⁶ Omega · cm, que es fácil de lograr "electrodos como sensores" a través de la modificación de tiol.
Platino (pt)
La resistencia es tan baja como 1,65 μomega · cm (pulpa yb8203 de tecnología avanzada de la academia), la actividad electrocatalítica es alta y la estabilidad a largo plazo es EXCELENTE. Adecuado para electrodos neuroestimuladores y sensores electroquímicos, puede funcionar de manera estable en fluidos corporales simulados durante más de tres meses.
Plata (ag)
La resistencia eléctrica es la más baja (~ 1,59 μomega · cm), el costo es el más ventajoso y tiene propiedades antibacterianas. Sin embargo, la estabilidad química no es tan buena como el oro / platino, es fácil de sulfurar y oxidar, y es adecuado para el monitoreo a corto plazo de la superficie corporal o como material interno de electrodos compuestos.
| Indicadores de rendimiento |
Oro (au) |
Platino (pt) |
Plata (ag) |
| Resistencia eléctrica (μomega · cm) |
~ 2,44 |
~ 1,65 |
~ 1,59 |
| Estabilidad química |
Extremadamente alto (sin oxidación) |
alto |
General (fácil de sulfuración) |
| Biocompatibilidad |
Excelente |
Excelente |
Bueno |
| Costes |
alto |
alto |
Medio |
| Escenarios de aplicación típicos |
Electrodos ECG / eeg, sonda neuronal, electrodos implantables |
Electrodos neuroestimuladores, sensores electroquímicos |
Electrodos biopotenciales de la superficie corporal, electrodos antibacterianos |
| Ventajas básicas |
Inercia química, baja resistencia y fácil funcionalidad |
Actividad electrocatalítica, estabilidad a largo plazo |
Mejor conductividad eléctrica y bajo costo |
3. de los materiales a los dispositivos: los tres desafíos del proceso de recubrimiento
La transformación de las ventajas características de los metales preciosos en productos de electrodos confiables depende del control preciso del proceso de recubrimiento central. Los electrodos biomédicos - tanto los electrodos superficiales como los electrodos implantables - plantean requisitos integrales extremadamente estrictos para las capas de recubrimiento conductor.
Baja resistencia al contacto y alta relación señal - ruido
Presenta características de resistencia extremadamente bajas y estables en la banda de frecuencia de 10 Hz a 10 khz, lo que garantiza que las señales bioeléctricas débiles no se inunden por el ruido.
Alta conductividad eléctrica y estabilidad mecánica
Mantener un rendimiento eléctrico estable en condiciones de uso dinámico como flexión repetida, tracción y torsión para evitar el aumento de la resistencia causado por microcracks.
Flexibilidad y adherencia
El recubrimiento se combina firmemente con el sustrato flexible, no se cae ni se agrieta en la flexión y torsión, superando la diferencia entre el módulo metálico y el polímero.
IV. Plataforma de tecnología de recubrimiento para la Ciencia y la tecnología de la academia avanzada
Fundada en 2016, con sede en el distrito de baoan, shenzhen, Advanced Academy (shenzhen) Technology co., Ltd. tiene una marca registrada independiente "research platinum", con bases de producción dobles en Shenzhen y dongguan, ha pasado la certificación del sistema de gestión de calidad iso9001, y sus productos cumplen con las normas relacionadas con la aeroespacial gjb 773a y los requisitos ambientales rohs.
En el campo de la tecnología de recubrimiento, la compañía ha construido independientemente una línea de producción de pulverización de control magnético y evaporación al vacío, utilizando el proceso de producción continua de rollo a rollo, que puede lograr una deposición eficiente, continua y uniforme de capas metálicas en la superficie de películas poliméricas flexibles. Los sustratos aplicables cubren una variedad de materiales flexibles como fep, pi, pet, lcp, pps, PEN y pp, así como materiales flexibles como pdms y tpu. Los metales chapados incluyen toda la gama de oro, plata, cobre, aluminio, estaño, níquel, titanio y platino. Apoyándose en la tecnología pvd, la compañía ha logrado un control preciso a nivel nanométrico de las películas metálicas en la superficie del sustrato, y el espesor se puede controlar entre unos pocos nanómetros y cientos de nanómetros.
Avance de la combinación de interfaz
El pretratamiento de plasma se activó, la fuerza de adhesión de 100 celosías de recubrimiento alcanzó el nivel 5b, y la fuerza de desprendimiento fue superior a 0,8 n / mm.
Avance en la gestión del estrés
El diseño del recubrimiento gradiente realiza la transición de estrés del sustrato a la capa metálica y evita la desprendimiento de la interfaz.
Avance en la calidad del recubrimiento
La tecnología de chapado en oro sin cianuro es Chapada en pulso, y la permeabilidad disminuye a menos 0,5 > 0,5..
V. escenarios de aplicación típicos y sugerencias de selección
Monitoreo de salud vestible
Los electrodos chapados en oro son la opción preferida para ECG / EEG / emg, y la baja resistencia al contacto garantiza la calidad de la señal. Los electrodos flexibles chapados en oro / platino / plata se han utilizado ampliamente en medicina de rehabilitación, ciencias del deporte e interacción hombre - computadora.
Interfaz Cerebro - computadora y sonda neuronal
Las sondas neuronales y el BCI tienen los mayores requisitos de fiabilidad a largo plazo, y la tecnología avanzada de la Academia tiene una acumulación madura en el campo del chapado en oro / platino / plata de las sondas neuronales. El recubrimiento de oro se combina con PI / Peek / LCP para lograr un registro de alta densidad y bajo trauma.
Biosensores y diagnóstico in vitro
Biosensores electroquímicos como el monitoreo de azúcar en sangre y la inmunodetección, la película dorada / platino proporciona una ruta de transmisión de corriente estable, y la superficie dorada es fácil de funcionar para lograr "electrodos como sensores".
Sugerencias de selección:El chapado en oro prioritario para el monitoreo implantable / a largo plazo; Se necesita estimulación eléctrica / estabilización electroquímica para dar prioridad al platino; La sensibilidad a corto plazo / costo de la superficie corporal se puede considerar plateada o AG / agci.
VI. observaciones finales
La esencia de los electrodos flexibles de metales preciosos es un plan de ingeniería que combina las propiedades físicas propias de metales preciosos como el oro, el platino y la plata - alta conductividad eléctrica, inercia química y biocompatibilidad - con la adaptabilidad mecánica de los sustratos poliméricos flexibles. El oro proporciona un "estándar de oro" de inercia química y baja resistencia, la actividad catalítica de suministro de energía de platino y la "calidad del platino" estable a largo plazo, y la plata ofrece una "opción de grado de plata" de conductividad óptima y ventajas de costo.
No hay "lo mejor" absoluto entre los tres, solo "lo más adecuado". Comprender las diferencias en las características de los materiales de los diferentes metales preciosos, los límites técnicos de los diferentes procesos de recubrimiento y las prioridades de rendimiento de los diferentes escenarios de aplicación son las claves para actualizar los electrodos flexibles de metales preciosos de "un esquema de recubrimiento" a "decisiones de ingeniería". En una era de rápida iteración de tecnologías como la medicina portátil, la interfaz neuronal y la biosensoria, los electrodos flexibles de metales preciosos se están convirtiendo en el "traductor" central que conecta el mundo electrónico con los seres vivos.
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