Les électrodes humides traditionnelles AG / AgCl excellent dans la surveillance statique clinique – faible impédance de contact et Signal fiable. Mais lorsqu'il est utilisé dans des dispositifs portables, en particulier dans des scénarios nécessitant un port prolongé, des problèmes commencent à se poser: le gel conducteur se dessèche en quelques heures et l'impédance de l'interface grimpe; La peau est constamment déformée dans les activités quotidiennes (le taux d'étirement peut atteindre plus de 30%), les électrodes rigides ne peuvent pas suivre, créant des pseudo - traces de mouvement; Une fixation prolongée entraîne une imperméabilité de la peau, une accumulation de sueur, provoquant une irritation et même une dermatite.

La racine du problème réside dans un fait fondamental longtemps négligé: la peau est vivante – elle bouge, elle transpire, elle respire. Pour qu'une électrode "coexiste pacifiquement" avec la peau, elle ne doit pas simplement être "collée" mais doit "pousser" - correspondre mécaniquement à la douceur et à l'élasticité de la peau, permettre à la peau de respirer librement sur la gestion de la chaleur et de l'humidité, établir des canaux de signalisation stables et à faible bruit sur l'interface.

Deux chemins extensibles: "structure extensible" et "matériau extensible intrinsèque"

Il existe deux voies technologiques différentes pour atteindre l'extensibilité des électrodes, et comprendre les différences entre les deux est essentiel pour bien comprendre l'évolution technologique dans ce domaine.

• Structure extensibleEst le premier schéma exploré - la conception de géométries telles que serpentine, pont d'île, plis, etc. sur un substrat élastique, absorbant les contraintes par la déformation de la structure, protégeant la couche conductrice de la destruction. La structure kirigami (découpage de papier) est une progression représentative de ce chemin – en coupant des motifs spécifiques sur le film pour rendre extensible un matériau qui n’est pas étirable à l’origine. Les électrodes épidermiques pedot: PSS / PVA / agnws / pu, basées sur la structure kirigami, atteignent des taux d'étirement conformes de la peau > 100% avec une résistance carrée d'environ 3,9 Ω / □ et une impédance interfaciale d'environ 27,41 kΩ à 100 Hz.
• Matériau intrinsèquement extensibleC'est la direction de la percée de ces dernières années - rendre le matériau conducteur lui - même extensible, plutôt que de dépendre de la conception structurelle pour "absorber" la contrainte. Métal liquide, Polymère conducteur étirable intrinsèque, Hydrogel à conduction ionique et d'autres systèmes de matériaux, de sorte que l'électrode peut résister à la déformation au niveau moléculaire. L'avantage de cette voie est que le matériau lui - même s'adapte de manière conforme à la peau sans avoir besoin d'une conception structurelle complexe et que la résistance varie moins sous de grandes déformations.

La troïka des systèmes de matériaux: conducteurs ioniques, métaux liquides, polymères conducteurs et Nanocomposites

Trois défis d'ingénierie majeurs: impédance, pseudo - traces et respirabilité

Les électrodes flexibles étirables de surface de peau passent du laboratoire à des applications réelles, faisant face à trois défis d'ingénierie fondamentaux:

• Impédance d'interface:L'impédance de l'interface électrode - peau est le premier paramètre déterminant la qualité du signal. Les électrodes sèches épidermiques avancées peuvent avoir une impédance d'interface aussi faible qu'environ 27 kΩ à 100 Hz, ce qui est comparable, voire supérieur, aux électrodes gel AG / AgCl commerciales. Une électrode de peau en métal liquide d'une épaisseur d'environ 200 nm seulement a une impédance d'interface aussi faible que 8,5 kΩ à 1 kHz.
• Pseudo - traces de mouvement:C'est le plus grand défi qui distingue les électrodes portables sèches de la surveillance statique clinique. Le film de Polymère conducteur auto - adhésif adhère simultanément à la peau et aux électrodes métalliques par de fortes liaisons hydrogène et de coordination, réduisant radicalement les traces parasites introduites par le mouvement du câble. Les propriétés fluides du métal liquide lui permettent de maintenir un réseau continu de conductivité lorsque la peau est déformée, ce qui inhibe davantage les pseudo - traces de mouvement.
• Respirabilité et port à long terme:La peau a besoin de respirer. La structure poreuse de la Nano - Membrane ionique assure une haute perméabilité à l'humidité et à l'air. L'électronique épidermique flexible bionique a montré une excellente respirabilité et une stabilité dans les tests de transpiration continue pendant 5 heures et de port continu pendant 7 jours. Une partie de l'électrode sèche épidermique a encore un rapport signal sur bruit de 35,2 ± 1,7 DB lors d'une surveillance électrocardiovasculaire continue pendant 4 jours.

V. du laboratoire à la clinique: la performance dépasse la « norme d’or »

Au cours des cinq dernières années, les performances des électrodes flexibles étirables de la surface cutanée ont évolué, passant de « curiosités de laboratoire» à « interfaces biologiques haute performance» – qui commencent à rivaliser, voire à dépasser, les électrodes gel AG / AgCl cliniques dans certaines dimensions. Avec un rapport signal / bruit allant jusqu'à 38 DB et une impédance d'interface inférieure d'un ordre de grandeur à la norme gel, les électrodes interfaciales à peau souple restent stables même en mouvement ou en transpiration.

Au niveau de l'application, les électrodes étirables de la peau ont couvert l'acquisition de signaux multimodaux allant de l'électricité cardiaque (ECG), de l'électromyoélectricité (EMG) à l'électricité cérébrale (EEG). Des électrodes à base d'adhésif sec extensible ont été intégrées dans des dispositifs portables pour l'analyse de la stadification du sommeil tout au long de la nuit, avec des résultats comparables à la surveillance clinique traditionnelle du sommeil polyconductif. Le rapport signal sur bruit a été surveillé jusqu'à 35,2 ± 1,7 DB pendant 4 jours consécutifs à partir d'un signal électrocardiaque à base d'électrodes Hydrogel.

Vi. Solutions d'électrodes flexibles pour la technologie avancée de la maison

Fondée en 2016, Advanced Academy (Shenzhen) Technology Co., Ltd (« Advanced Academy Technology ») 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 indépendamment 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 une variété de surfaces de film flexible et d'élastomère telles que Pi, PET, FEP, LCP, Peek, PDMS.

Dans le domaine des électrodes flexibles extensibles de surface en cuir, la technologie avancée de l'Académie offre les compétences de base suivantes:

• Choix du substrat:Pi, PET, PDMS, TPU et d'autres types de substrats flexibles et extensibles prennent en charge différents taux d'étirement et exigences de performance mécanique.
• Programme de placage:Placage de métaux précieux de haute pureté tels que l'or, le platine, l'argent et autres, ainsi que le placage d'électrodes potentiométriques biologiques AG / AgCl.
• 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 (permettant la transition des contraintes du substrat rigide à la couche métallique), placage d'or sans cyanure.
• Garantie de qualité:Classe d'adhérence de placage 5B (ASTM d3359 la plus haute qualité), ISO9001 certifié, conforme aux exigences environnementales ROHS.
• Services personnalisés:Soutenez la personnalisation de motif d'électrode, l'épaisseur de substrat et l'ajustement de largeur à la demande.

Vii. Conclusion

L'évolution technologique des électrodes flexibles étirables de surface est essentiellement un changement de paradigme de « rendre le dispositif étirable» à « rendre le dispositif comme la peau». La « Structure extensible» réalisée au début par des conceptions structurelles telles que serpentine, kirigami, etc., résout le problème de « peut - on se plier ou non»; Aujourd'hui, les percées dans les systèmes de matériaux tels que la conduction ionique, les métaux liquides, les polymères conducteurs étirables intrinsèques résolvent le problème de « respirer, s'adapter et ne pas ressentir comme la peau».

Des électrodes ioniques dermoïdes de 3,55 μm aux « tatouages » en métal liquide de 1,1 μm, des films composites mxene de 4 mΩ.cm aux polymères conducteurs auto - adhésifs de 110 S / CM, la force motrice centrale de ce changement technologique est toujours claire: permettre à l’électronique de se rapprocher à l’infini des propriétés mécaniques, thermo - humides et électriques de la peau. Comprendre la logique de l'évolution de « structurellement extensible» à « intrinsèquement extensible par matériau», les compromis entre les différents systèmes de matériaux en termes d'impédance, de pseudo - traces et de perméabilité à l'air - ce sont les clés de la mise à niveau des électrodes flexibles étirables de surface de peau d'un « matériau de pointe» à un « choix d'ingénierie».