L'amplitude du signal d'électrocardiogramme (ECG) n'est que de l'ordre du millivolt et la cuticule de la peau constitue la plus grande barrière d'atténuation du signal lors de la conduction du cœur vers la surface corporelle. La tâche des électrodes est de créer un canal de conversion électron - ion stable et à faible bruit sur cette barrière.

La surveillance électrocardiovasculaire clinique traditionnelle utilise largement des électrodes humides en gel AG / AgCl. Le gel conducteur remplit le vide microscopique entre l'électrode et la peau, réduisant l'impédance de l'interface à un niveau suffisamment bas. Le rapport signal sur bruit et la fidélité du signal des électrodes humides sont excellents dans la surveillance statique à court terme. Cependant, les électrodes en gel sont confrontées à trois goulots d'étranglement techniques insurmontables lors d'un port prolongé: l'assèchement du gel au cours du temps entraîne une augmentation continue de l'impédance et la qualité du signal commence à se dégrader après plusieurs heures; Les composants du gel peuvent déclencher des allergies cutanées et une dermatite de contact; Une mauvaise respirabilité entraîne une accumulation de sueur qui aggrave encore les conditions de l'interface.

II. Quatre propositions d'ingénierie pour les électrodes sèches

L'électrode sèche flexible ne nécessite pas de gel conducteur et permet d'acquérir des signaux directement au contact de la peau. Mais pour passer du laboratoire à l'application à l'échelle, il doit systématiquement aborder les quatre propositions d'ingénierie de base suivantes:

Iii. Système de matériau de placage: contraste de performance de l'or, du platine, de l'argent / chlorure d'argent

Les propriétés de l'électrode cardiaque sont enracinées dans le choix de son matériau de revêtement conducteur. Les trois principaux métaux précieux, l'or (au), le platine (PT) et l'argent (AG), se concentrent sur la conductivité, la stabilité chimique, la biocompatibilité et l'activité électrochimique.

Or (au)Avec les avantages d'une meilleure biocompatibilité, d'une forte inertie chimique et d'une modification fonctionnelle facile à assembler, il est largement utilisé dans les capteurs électrochimiques et les électrodes de détection immunitaire. L'inertie chimique de l'or le rend non corrosif, ne dégage pas d'ions toxiques dans l'environnement physiologique et convient aux scènes de contact prolongé avec la peau. L'insuffisance réside dans le fait que la conductivité est légèrement inférieure à celle du platine et de l'argent et que l'impédance est relativement élevée.

Platine (PT)La capacité de transfert de charge la plus forte, l'excellente activité catalytique, est le matériau de choix pour les électrodes de stimulation électrique, la régulation nerveuse et les biocapteurs. La résistivité de l'électrode de platine peut être aussi faible que 1,65 µΩ.cm. Son principal défi est le coût élevé et l'adhérence du revêtement au substrat doit être optimisée.

Argent / chlorure d'argent (AG / AgCl)Est le système de matériaux le plus classique parmi les électrodes potentiométriques biologiques. La couche de chlorure d'argent peut réduire l'effet de polarisation, stabiliser la transmission du signal et éviter la dérive du courant continu. La conductivité de l'argent est optimale des trois et possède des propriétés antibactériennes naturelles. Mais l'argent est sujet à la décoloration oxydante et a une mauvaise stabilité à long terme, généralement utilisé sous la forme d'une couche composite AG / AgCl pour combiner performance et stabilité.

Iv. De l'électrode humide à l'électrode sèche: évolution multiple des voies technologiques

Les voies techniques des électrodes sèches se différencient rapidement et les différentes solutions font des compromis différents entre impédance, flexibilité et confort de port.

Électrodes textiles conductricesDéveloppé avec des matériaux textiles et des processus textiles, il a des caractéristiques telles que flexible, respirant et lavable à l'eau. Des études ont montré que les électrodes textiles préparées avec le processus de broderie peuvent acquérir un signal électrocardiovasculaire de bonne qualité en statique dynamique.

Électrodes en polymères conducteurs et nanomatériauxL'utilisation de nouveaux matériaux fonctionnels tels que les métaux liquides, les nanomatériaux, les hydrogels conducteurs et d'autres améliore le confort de port tout en améliorant les performances électriques. Certaines des nouvelles électrodes en Hydrogel ont montré des performances supérieures à celles des électrodes AG / AgCl classiques en termes de rapport signal / bruit.

Électrodes de matrice de micro - aiguillesGrâce à la structure de micro - aiguille pour pénétrer dans la cuticule de la peau, contournant la barrière de Haute impédance de la cuticule, l'acquisition de signaux dans la couche épidermique active, combinant la faible impédance de l'électrode humide avec la commodité non invasive de l'électrode sèche, est considéré comme le schéma principal de la prochaine génération d'électrodes portables.

V. Processus de revêtement: transformer les propriétés des matériaux en un lien clé pour la fiabilité des électrodes

Le processus de revêtement est le lien central qui transforme les avantages théoriques des matériaux conducteurs en performances réelles des électrodes. Quatre propositions d'ingénierie pour les électrodes cardiaques,Technologie avancéeUn système technique complet est construit, des matériaux aux procédés.

• Interface liaison Breakthrough – activation de pré - traitement plasma.En réponse au problème difficile de l'industrie de la force de liaison insuffisante du métal et du substrat macromoléculaire, le processus de prétraitement par plasma développé par Advanced Academy Science and Technology améliore efficacement la résistance de la liaison entre le substrat et la couche métallique en bombardant la surface du substrat par plasma. La conception de revêtement de gradient d'ajustement réalise la transition de contrainte du substrat à la couche métallique, évite efficacement le décollement de l'interface en raison de la différence de module, la force d'adhérence du revêtement en hectogrammes jusqu'à la classe 5b, la résistance au décollement est supérieure à 0,8 N / MM, peut résister à Des centaines de milliers de plis dynamiques et à de multiples utilisations, l'impédance de l'électrode n'a pas de dérive significative.
• Basse impédance et fidélité du signal.Grâce à un contrôle précis de l'épaisseur du revêtement (réglable en continu à l'échelle nanométrique à micrométrique) et de la microstructure, les produits présentent une impédance de contact électrode - peau extrêmement faible et stable dans la bande de fréquences 10 Hz - 10 kHz. Une faible impédance signifie un rapport signal sur bruit plus élevé et une acquisition de signal plus précise, ce qui peut réduire considérablement les interférences de mode commun et les artefacts de mouvement, en particulier pour la surveillance électrocardiovasculaire dynamique.
• Biocompatible et résistant à la corrosion par la sueur.Les matériaux métalliques évalués pour la biosécurité sont choisis pour le revêtement conducteur. Le processus de séchage sous vide complet élimine les résidus de solvants chimiques et les produits finis peuvent répondre aux normes de biocompatibilité ISO 10993 et GB / t 16886. Conçu pour les environnements humides et transpirants élevés, l'inertie chimique de l'or confère au revêtement une excellente résistance à la corrosion et convient aux scènes de port à long terme.
• Programme de revêtement personnalisable.Outre les électrodes AG / AgCl standard, Advanced House Technology peut également fournir des solutions telles que le titane, le placage d'or, le placage de platine, ainsi que des nanotubes de carbone, du graphène, du pedot: PSS et d'autres revêtements polymères à base de carbone et conducteurs. La couche de titane peut être utilisée pour une électrode sèche flexible, à la fois conductrice et biologiquement inerte; Le placage d'or convient à l'enregistrement électrique du cerveau de haute précision; Le processus graphique permet de fabriquer des matrices d'électrodes multicanaux qui soutiennent la conception différenciée du client.

Advanced House Science and Technology a construit la ligne de production de Pulvérisation magnétron et de placage à la vapeur sous vide, en utilisant le processus de production en continu de bobine à bobine, qui peut réaliser un dépôt précis de la couche métallique sur la surface du substrat de film polymère flexible Pi, PET, FEP, LCP, PEEK et autres. L'épaisseur du substrat est réglable de quelques microns à des centaines de microns, le métal plaqué peut couvrir une gamme complète d'or, d'argent, de cuivre, d'aluminium, d'étain, de nickel, de titane, de platine, etc.

Considérations de choix: du scénario d'application au schéma de revêtement

Les ingénieurs lors du choix d'une électrode de surveillance électrocardiovasculaire, les dimensions suivantes méritent une attention particulière:

• La scène d'application détermine le chemin du matériau.Le système AG / AgCl est optionnel pour le diagnostic clinique à court terme et son faible potentiel de polarisation et son processus de fabrication éprouvé garantissent une qualité de signal fiable. La surveillance portable à long terme devrait privilégier les options de placage or ou platine pour une impédance à long terme plus stable et une meilleure biocompatibilité. Les électrodes nécessitant une fonction de stimulation électrique (par exemple, stimulation électrique neuromusculaire) doivent être sélectionnées avec du platine ou un schéma Composite platine / Polymère conducteur.
• L'impédance de contact est le premier seuil de qualité du signal.Au lieu de se concentrer uniquement sur la valeur nominale à une seule fréquence, il convient de se concentrer sur les caractéristiques d'impédance de l'électrode dans la bande cible (où le signal électrocardioactif est concentré entre 0,05 et 100 Hz) lors de la sélection. Une faible impédance signifie un rapport signal sur bruit plus élevé et une identification plus précise des caractéristiques.
• L'adhérence du revêtement et la stabilité de la déformation déterminent la fiabilité à long terme.La classe d'adhérence 5B (ASTM d3359 la plus élevée) est le seuil de processus qui garantit que les électrodes ne tombent pas lors de Pliages répétés, d'applications et d'infiltrations de sueur. Les couches conductrices traditionnelles enduites ou imprimées tombent facilement lors de déformations répétées, ce qui limite considérablement la durée de vie des électrodes.
• La précision d'usinage répond aux besoins des matrices multicanaux.Les matrices de cartographie électrocardiovasculaire à haute densité nécessitent une précision de structuration de l'ordre du micron. Les fournisseurs qui soutiennent la production continue de bobine à bobine et le processus de revêtement de précision doivent être sélectionnés, assurant la cohérence et la traçabilité des lots.

Vii. Conclusion

L'essence de l'électrode de surveillance électrocardiovasculaire est d'établir un canal de signal stable, à faible bruit et respectueux de la biologie entre le système électronique rigide et la peau douce, dynamique et transpirante. Il adapte les propriétés mécaniques de la peau avec un substrat flexible, garantit la qualité du signal avec une couche conductrice plaquée or / platine / AG / AgCl, convertit l’inertie chimique du matériau en une performance fiable à long terme avec des processus de prétraitement plasma et de revêtement Gradient – les trois travaillant ensemble pour répondre à une question d’ingénierie centrale: comment rendre les électrodes aussi douces que la peau tout en comprenant le langage du cœur.

Le changement de paradigme de l'électrode humide à l'électrode sèche reflète l'escalade du besoin de surveillance électrocardiovasculaire de « détection clinique à court terme» à « surveillance quotidienne à long terme». Comprendre les contraintes mutuelles entre les quatre grandes propositions d'ingénierie, les limites de performance des différents systèmes de matériaux de revêtement, et le rôle décisif du processus de revêtement sur la fiabilité à long terme des électrodes - ce sont les clés de la mise à niveau des électrodes de surveillance électrocardiovasculaires d'un « type de pièce de capteur» à une « Décision d'ingénierie».