Los electrodos húmedos AG / agcls tradicionales tienen un excelente desempeño en el monitoreo clínico estático: baja resistencia al contacto y señal confiable. Pero cuando se utiliza en dispositivos portátiles, especialmente en escenarios que requieren uso a largo plazo, comienzan a surgir problemas: el gel conductor se seca en horas y la resistencia de la interfaz sube; La piel se deforma continuamente en las actividades diarias (la tasa de tracción puede alcanzar más del 30%), los electrodos rígidos no pueden seguir y producen artefactos de movimiento; La adherencia prolongada hace que la piel sea hermética, sudorosa y acumulada, lo que provoca irritación e incluso dermatitis.

La raíz del problema radica en un hecho básico que ha sido ignorado durante mucho tiempo: la piel está viva - se mueve, suda y respira. Para que el electrodo "coexista pacíficamente" con la piel, no puede ser simplemente "pegado", sino que debe "crecer" - coincidir mecánicamente con la suavidad y elasticidad de la piel, permitir que la piel respire libremente en el manejo del calor y la humedad, y establecer canales de señal estables y bajos en ruido en la interfaz.

II. dos vías de estiramiento: "estirable estructural" y "estirable intrínsecamente material"

Hay dos caminos técnicos diferentes para lograr la estirabilidad de los electrodos, y comprender las diferencias entre los dos es la clave para comprender correctamente la evolución tecnológica en este campo.

• Estructura estirableEs el primer esquema explorado: diseñar estructuras geométricas como la serpentina, el puente de la isla y los pliegues sobre una base elástica para absorber la tensión a través de la deformación de la estructura y proteger la capa conductora de daños. La estructura de kirigami (corte de papel) es un avance representativo en este camino: al cortar patrones específicos en la película, el material que originalmente no se podía estirar obtiene estirabilidad. El electrodo epidérmico pedot: PSS / PVA / agnws / Pu basado en la estructura kirigami logró una tasa de estiramiento conforme de la piel superior al 100%, con una resistencia cuadrada tan baja como unos 3,9 Omega / □ y una resistencia de interfaz de unos 27,41 komega a 100 hz.
• El material es intrínsecamente estirableEs la dirección de avance en los últimos años: hacer que los propios materiales conductores tengan propiedades de estiramiento, en lugar de depender del diseño estructural para "absorber" la tensión. Los metales líquidos, los polímeros conductores intrínsecamente estirables, los hidrogeles conductores de iones y otros sistemas de materiales permiten que los electrodos soporten la deformación a nivel molecular. La ventaja de este camino es que sin un diseño estructural complejo, el material en sí puede ajustarse en forma a la piel y cambiar menos la resistencia bajo una gran deformación.

III. la Troika del sistema de materiales: conducción de iones, metales líquidos, polímeros conductores y nanocompuestos

4. tres desafíos de ingeniería: resistencia, artefactos y transpirabilidad

Los electrodos flexibles estirables de la tabla de cuero pasan del laboratorio a la aplicación real y se enfrentan a tres desafíos básicos de ingeniería:

• Resistencia de la interfaz:La resistencia de la interfaz electrodo - piel es el parámetro principal que determina la calidad de la señal. La resistencia de la interfaz de los electrodos secos epidérmicos avanzados puede ser tan baja como unos 27 kohm a 100 hz, lo que es comparable o incluso mejor que los electrodos comerciales de gel AG / agcll. La resistencia de la interfaz del electrodo de Epidermis de metal líquido con un espesor de solo unos 200 nm es tan baja como 8,5 kWh a 1 khz.
• Artefacto de movimiento:Este es el mayor desafío para distinguir los electrodos portátiles secos del monitoreo clínico estático. Las películas de Polímero conductor Autoadhesivo se adhieren simultáneamente a la piel y los electrodos metálicos a través de fuertes enlaces de hidrógeno y enlaces de coordinación, lo que reduce fundamentalmente los artefactos introducidos debido al movimiento del cable. Las características fluidas del metal líquido le permiten mantener una red eléctrica continua cuando la piel se deforma, lo que inhibe aún más los artefactos de movimiento.
• Transpirabilidad y uso a largo plazo:La piel necesita respirar. La estructura poroso de la nanored iónica garantiza una alta humedad y permeabilidad al aire. Los dispositivos electrónicos epidérmicos flexibles biónicos mostraron una excelente transpirabilidad y estabilidad en las pruebas que duraron 5 horas de sudoración y 7 días de uso continuo. La relación señal - ruido de algunos electrodos secos epidérmicos en el monitoreo de ECG durante cuatro días consecutivos sigue siendo de 35,2 ± 1,7 db.

V. del laboratorio a la clínica: el rendimiento va más allá del "estándar de oro"

En los últimos cinco años, las propiedades de los electrodos flexibles extensibles de la superficie de la piel han evolucionado de "curiosites de laboratorio" a "interfaces biológicas de alto rendimiento" - en algunas dimensiones han comenzado a competir o incluso superar a los electrodos clínicos de gel AG / agcls. La relación señal - ruido del electrodo de interfaz de la piel blanda puede alcanzar hasta 38 db, y la resistencia de la interfaz es un orden de magnitud inferior al estándar de gel, que sigue siendo estable incluso en estado de ejercicio o sudoración.

A nivel de aplicación, los electrodos extensibles de la tabla cutánea han cubierto la adquisición de señales multimodales desde ecg, EMG hasta eeg. Los electrodos basados en adhesivos secos estirables se han integrado en dispositivos portátiles para el análisis de escalonamiento del sueño nocturno, y sus resultados son comparables a los de la monitorización clínica tradicional del sueño múltiple. La señal de ECG basada en electrodos de hidrogel monitorea una relación señal - ruido de 35,2 ± 1,7 DB durante cuatro días consecutivos.

6. soluciones de electrodos flexibles para la Ciencia y la tecnología de la academia avanzada

Fundada en 2016, Advanced Academy (shenzhen) Technology co., Ltd. (conocida como "advanced Academy technology") es una empresa nacional de alta tecnología centrada en recubrimientos de sustratos flexibles, materiales de blindaje, materiales absorbentes de ondas y pulpa de metales preciosos. La compañía ha construido independientemente una línea de producción de pulverización de magnetrón y evaporación al vacío, utilizando el proceso de producción continua de rollo a rollo, que puede lograr una deposición precisa de capas metálicas en pi, pet, fep, lcp, peek, pdms y otras películas flexibles y superficies de elastómeros.

En el campo de los electrodos flexibles estirables de la tabla de cuero, la tecnología avanzada de la Academia proporciona las siguientes competencias básicas:

• Selección del sustrato:Pi, pet, pdms, tpu y otros sustratos flexibles y extensibles admiten diferentes tasas de tracción y propiedades mecánicas.
• Esquema de recubrimiento:Recubrimientos de metales preciosos de alta pureza, como oro, platino y plata, así como recubrimientos de electrodos biopotenciales AG / agc1.
• Plataforma de proceso:Proceso compuesto como pulverización de magnetrón, evaporación al vacío y galvanoplastia pulsada.
• Tecnología básica:Activación del pretratamiento por plasma, diseño de recubrimiento gradiente (para lograr la transición de estrés del sustrato rígido a la capa metálica), chapado en oro sin cianuro.
• Garantía de calidad:La adherencia del recubrimiento es de nivel 5b (nivel más alto ASTM d3359), certificación ISO9001 y cumple con los requisitos ambientales de rohs.
• Servicios personalizados:Admite la personalización del patrón de electrodos, el grosor y el ancho del sustrato se ajustan bajo demanda.

VII. observaciones finales

La evolución tecnológica de los electrodos flexibles extensibles de la tabla de piel es esencialmente un cambio de paradigma de "hacer que el dispositivo se extienda" a "hacer que el dispositivo se parezca a la piel". En los primeros días, a través de diseños estructurales como la forma de serpiente y kirigami, se resolvió el problema de "si se puede doblar"; Hoy en día, los avances en sistemas de materiales como la conducción de iones, metales líquidos y polímeros conductores intrínsecamente estirables están resolviendo el problema de "si se puede respirar, ajustarse y no sentir como la piel".

Desde un electrodo de iones similares a la piel de 3,55 micras hasta un "tatuaje" de metal líquido de 1,1 micras, desde una película compuesta mxene de 4M Omega · cm hasta un Polímero conductor Autoadhesivo de 110s / cm, la fuerza motriz central de este cambio tecnológico siempre ha sido clara: permitir que los dispositivos electrónicos se acerquen infinitamente a las propiedades mecánicas, térmicas, húmedas y eléctricas de la piel. Comprender la lógica evolutiva de "estirabilidad estructural" a "estirabilidad intrínseca del material", las compensaciones entre impedancias, artefactos y transpirabilidad de diferentes sistemas de materiales son las claves para actualizar los electrodos flexibles estirables de la tabla de cuero de "material de vanguardia" a "selección de ingeniería".