Dans la salle d’examen de l’ecg de l’hôpital, les électrodes humides AG / AgCl, associées à un gel conducteur, collectent les signaux électrocardiaques – clairs, stables et reconnus comme « l’étalon - or » clinique. Mais lorsque cette norme a été greffée sur un dispositif portable, des problèmes ont commencé à se poser: le gel s’assèche avec le temps, l’impédance de contact augmente et la qualité du signal continue de s’atténuer; Les composants du gel peuvent déclencher des irritations cutanées ou même des allergies; Les électrodes ne peuvent pas être réutilisées et ne conviennent pas à un usage quotidien.
Les limites des électrodes humides sont particulièrement importantes dans les scénarios nécessitant une surveillance continue pendant des heures, voire des jours. Ce dont vous avez besoin pour un dispositif de surveillance de la santé portable, c’est d’une électrode qui « colle sans tube» – pas de gel conducteur, pas de stimulation, peut être portée pendant une longue période et peut être réutilisée.
Proposition de base:Les électrodes sèches portables flexibles deviennent la réponse à ce besoin.
Qu'est - ce qu'une électrode portable flexible: définition et structure
Une électrode portable flexible est une classe de dispositifs d'acquisition de signaux bioélectriques qui utilisent un matériau polymoléculaire flexible comme base et construisent des couches fonctionnelles conductrices par des procédés de revêtement de précision ou de matériaux composites. Il est capable de maintenir des propriétés électriques stables et l'intégrité structurelle sous des déformations complexes telles que la flexion, l'étirement, le pliage, etc.
Une électrode portable flexible typique est constituée de trois parties:
Couche de base flexible
Pi, PET, Pen, PDMS, TPU, etc., pour un soutien mécanique et un ajustement de la peau.
Couche fonctionnelle conductrice
Revêtement métallique (or / platine / AG / AgCl), matériau à base de carbone ou Polymère conducteur, responsable de l'acquisition du signal.
Couche fonctionnelle de surface (facultatif)
Pour réduire davantage l'impédance de contact ou améliorer la biocompatibilité.
De « humide » à « sec »: une transformation des matériaux et des procédés
La valeur fondamentale des électrodes sèches flexibles réside dans la résolution de trois défauts congénitaux majeurs des électrodes humides:
Séchage sans gel
Les électrodes sèches sont en contact direct avec la peau, ne dépendent pas d'un gel conducteur et la qualité du signal ne s'atténue pas dans le temps.
Aucune irritation de la peau
Aucun gel chimique ni adhésif n'est nécessaire pour réduire les risques d'allergies cutanées et d'inflammation.
Peut être porté pendant une longue période
Peut être lavé et réutilisé à plusieurs reprises, avec des coûts d'utilisation à long terme considérablement réduits.
Qualité du signal:Les électrodes de Graphène imprimées ont une corrélation de 99,34% avec les signaux ECG acquis par des électrodes AG / AgCl commerciales. Dans la surveillance électrocardiaque portable, l'électrode sèche flexible produit un signal de qualité comparable à l'électrode gel.
Iv. Système matériel: de nanotubes de carbone au revêtement de métal précieux
Les propriétés des électrodes portables flexibles trouvent leur origine dans le choix de leur matériau conducteur. Le système actuel de matériaux principaux couvre trois grandes catégories de polymères à base de carbone, à base de métal et conducteurs:
Nanotubes de carbone et Graphène
Ultra haute conductivité et flexibilité mécanique. L'électrode Composite CNT a une conductivité de 20 S / cm et une très faible atténuation des performances électriques dans la déformation. Le laser induit un rapport signal sur bruit de l'électrode de Graphène jusqu'à 48659db.
Nanofils d'argent (agnw)
Excellente conductivité et flexibilité, les électrodes composites atteignent de bonnes propriétés de traction tout en conservant une conductivité élevée.
Revêtement de métaux précieux
Or (résistivité 2,44 μΩ.cm), platine (1,65 μΩ.cm), AG / AgCl. Les électrodes plaquées or ont une faible impédance sur le substrat Pi et conviennent aux applications portables.
Polymères conducteurs:Pedot: PSS combine une usinabilité en solution et une biocompatibilité, permettant de réaliser des électrodes directement sur un substrat flexible, par exemple par impression jet d'encre.
V. conception structurelle: Laissez l'électrode "s'étirer comme la peau"
L'extensibilité du matériau lui - même est limitée. Pour que les électrodes restent en contact constant avec la peau pendant les mouvements dynamiques, la conception structurelle est tout aussi critique.
Structure serpentine
Conception géométrique sinueuse qui absorbe la déformation par déformation intrafaciale lors de l'étirement. La structure optimisée à coefficient de poisson négatif réduit les contraintes de traction et de flexion de 67% et 71% respectivement.
Île - structure du pont
Les éléments rigides sont répartis sur des « îlots » reliés par des « ponts » extensibles, les déformations étant concentrées sur la structure du pont.
Base élastomère
PDMS, TPU, etc. donnent aux électrodes des caractéristiques étirables propres, le taux de traction peut atteindre 140% - 300%, le cycle de pliage plus de 50 000 fois sans problème.
Performance de base: ce sur quoi les ingénieurs devraient se concentrer
Impédance de contact
L'électrode sèche MWCNT - PDMS est d'environ 490,75 kΩ à 10 Hz; aussi bas que 20,8 Ω sur la peau sèche de l'électrode interdigitée Graphène - or.
Rapport signal sur bruit (SNR)
électrode de Graphène induite par laser 48659 DB; électrode flexible optimisée 34,9 DB Max.
Durée de vie en flexion
Résistance statique de flexion de r3,5 mm augmentée de seulement 5%; 100 variations de résistance en flexion < 7%; La résistance reste stable après 30 000 cycles. < >
Traction et stabilité de conductivité
Le taux d'étirement est de 140% - 300%, l'atténuation de la performance électrique pendant la déformation est extrêmement faible, sans dérive significative.
| Indicateurs de performance |
Valeurs typiques |
Référence |
| Impédance de contact (10hz) |
490,75 ± 71,57kΩ (MWCNT - PDMS) |
– |
| Faible impédance d'interface |
20.8Ω (Graphène - électrode interdigitée en or) |
– |
| Rapport signal sur bruit (SNR) |
48659db (Graphène induit par laser); 34.9db (électrode optimisée) |
– |
| Taux d'étirement |
140% (partie des matériaux); 300% (électrode linéaire) |
– |
| Cycle de pliage |
Plus de 50000 fois sans problème |
– |
| Résistance carrée (électrode transparente extensible) |
~ 25 Ω / □ |
– |
Vii. Carte d'application: de la surveillance électrocardiaque à l'interface cerveau - machine
Surveillance de la santé portable
Zone de la plus grande quantité. Intégré dans les montres intelligentes, les patchs, l'acquisition en temps réel de signaux tels que ECG / EMG, combiné avec l'analyse de la sueur pour détecter le glucose, l'acide lactique, etc. La taille du marché mondial des dispositifs médicaux portables a dépassé 68 milliards de dollars en 2025.
Rééducation sportive et surveillance myoélectrique
Les électrodes flexibles sEMG jouent un rôle clé dans l'évaluation de la réadaptation, la surveillance des mouvements et le contrôle des prothèses, en adaptant les formes portables telles que les bracelets, les patchs, etc.
Interface cerveau - machine et régulation nerveuse
Les électrodes flexibles sont devenues des composants de base de BCI, et le marché mondial des électrodes neuronales flexibles a atteint 1,87 milliard de dollars en 2025 et devrait dépasser 8,23 milliards de dollars en 2030.
E - skin et interaction homme - machine:Les électrodes portables flexibles peuvent également être intégrées dans des systèmes tels que la peau électronique pour des scénarios tels que l'interaction homme - machine, la surveillance émotionnelle, etc.
Viii. Solutions d'électrodes portables flexibles pour la technologie avancée de l'Académie
Fondée en 2016, Advanced Academy (Shenzhen) Technology Co., Ltd est une entreprise nationale de haute technologie axée sur le revêtement de substrat flexible, les matériaux de blindage, les matériaux d'absorption d'ondes et les boues de métaux précieux. La société a construit de manière autonome 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 déposer une couche métallique en continu sur la surface du film polymère flexible.
Pour répondre aux besoins spécifiques des électrodes portables flexibles, Advanced House Technology offre les compétences de base suivantes:
Sélection du substrat
FEP, Pi, PET, LCP, PPS, Pen, PP et PDMS, TPU et autres matériaux élastomères.
Programme de placage
Toute une gamme de revêtements métalliques tels que l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium, l'étain, le nickel, le titane, le platine, etc.
Plateforme de processus
Pulvérisation magnétron, placage à la vapeur sous vide, électrodéposition pulsée et autres processus composites.
Technologie de base
Activation de pré - traitement plasma, conception de revêtement gradient, placage d'or sans cyanogène.
Assurance qualité
Contrôle d'épaisseur à l'échelle nanométrique (quelques nanomètres à quelques centaines de nanomètres), adhérence de classe 5b, certification ISO9001.
Ix. Conclusion
L'essence de l'électrode portable flexible est d'établir un canal de signal stable, à faible bruit et respectueux de la biologie entre l'électronique rigide et le tissu biologique souple. Il adapte les propriétés mécaniques de la peau avec un substrat flexible, garantit la qualité du signal avec une couche conductrice à faible impédance, et « conduit» les contraintes motrices de la couche fonctionnelle avec une conception structurelle – les trois travaillant ensemble pour répondre à une question d’ingénierie centrale: comment rendre l’électronique aussi douce que la peau tout en comprenant Le langage du corps.
De la surveillance électrocardiovasculaire aux interfaces cerveau - machine, de la réadaptation motrice à l'interaction homme - machine, les électrodes portables flexibles transportent l'acquisition de signaux bioélectriques de l'hôpital à la maison, de la statique à la dynamique, du « collé» au « long». Dans cette évolution technologique, le choix des matériaux, la conception structurelle et le processus de revêtement de précision sont toujours les variables fondamentales qui déterminent la limite supérieure des performances des électrodes.
Coordonnées
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