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Eletrodo flexível com superfície da pele esticável, ligação conformal e sinal dinâmico
Na monitorização dinâmica do eletrocardiograma, os médicos frequentemente encontram a seguinte situação: dentro de 24 horas de usar um Holter, o sinal é claro e leitível durante as primeiras 6 horas, mas na 12ª hora, a forma de onda começa a mostrar artefatos de desvio e movimento basais; Na 18ª hora, alguns sinais de chumbo já não estavam disponíveis para o diagnóstico.
O problema resideInterface da pele de eletrodoslá em cima.
O eletrodo húmido tradicional Ag/AgCl depende do gel condutivo para estabelecer caminho de conversão de eletrons iónicos. No entanto, ao prolongar o tempo de uso, a água no gel evaporava gradualmente, a impedância aumentou e o sinal deteriorou. Mais importante, a pele humana passa por estirar, girar e deformar durante o movimento - com uma taxa de extensão da pele de mais de 30% - enquanto os elétrodos tradicionais são rígidos e não podem seguir a deformação da pele. O deslocamento relativo entre o eletrodo e a pele é diretamente convertido em ruído de sinal.
�� Proposta fundamental:A questão fundamental que eletrodos flexíveis esticáveis precisam responder é --Como fazer um dispositivo eletrônico estirar, dobrar e girar como pele, enquanto também coletar stabilmente sinais bioelétricos de nível de microvoltos?
O eletrodo flexível esticável na superfície da pele é um dispositivo de aquisição de sinais bioelétricos que pode formar um encaixo conformal com a pele humana e manter propriedades elétricas estáveis em condições de deformação mecânica. Não é uma simples "flexibilidade" de eletrodos tradicionais - é uma reconstrução abrangente desde seleção de materiais, design estrutural até engenharia de interface.
Pode resistir 30-100% a tensão da pele sem causar quebrar a camada condutiva.
Estabelecer uma via estável e de sinais de baixo ruído para evitar a submergência de sinais fracos (no nível mV de eletrocardiograma e µV de eletroencefalografia).
A exposição a longo prazo é não tóxica, não irritante e não alergênica, cumprindo o padrão ISO 10993.
Permitir que o suor e a umidade passem, e vestir por um longo tempo sem causar imersão da pele ou desconforto.
A capacidade de "esticar" dos eletrodos esticáveis vem de dois aspectos: a elasticidade do substrato e a tolerância de deformação da camada condutiva.
PDMS (módulo de Young é tão baixo quanto 0,53MPa), PU, mistura de silica gel PEG, hidrogel, etc., fornecem suporte mecânico suave.
Nanovérios de prata (AgNW): força de tensão 500%, condutividade~1923 S/cm; PEDOT:PSS（~3250 S/cm）； Metal líquido EGaIn; Nanotubos de carbono/grafeno.
A forma geométrica de vento absorve tensão através da deformação de "tesoura como" no plano, e depois de otimizar a largura/espaço da linha, pode melhorar significativamente a estensibilidade e a conformidade.
Componentes funcionais rígidos são distribuídos na "ilha" e conectados por "pontes" esticáveis (interconexões serpentinas), com deformação concentrada na estrutura da ponte durante o esticamento.
Cortar padrões específicos no filme permite que o material inicialmente não estendível possa obter estensibilidade, alcançando excelente conformidade da pele e resistência à interferência de água/movimento.
Eletrodos epidermais avançados podem atingir 21,0-27,41k Ω a 100Hz, e baixa impedância significa alta relação sinal-ruído.
O sistema AgNW/grafeno tem um Δ R/R de apenas 0,14 em 40%, e a resistência aumenta apenas ~0,8% após 24 horas em 50%.
A resistência quadrada de eletrodos epidermais ultra finos (~50 μm) pode ser tão baixa como 0,781 Ω/□.
Após 7 dias de armazenamento, o eletrodo respirable mantém um conteúdo inicial de umidade superior a 81,4%, e o uso a longo prazo mantém baixa impedência de contato.
A força vertical da pele dos eletrodos de polímeros adaptativos ao suor pode alcançar 60N/m, mantendo adesão estável e qualidade de sinal em condições de suor.
O tamanho do mercado global dos eletrodos eletrocardiogramas espera alcançar 4,95 bilhões de dólares americanos em 2025. O eletrodo esticável não precisa de gel, e ainda coleta dados de alta qualidade em movimento. A precisão de predição do sistema sem fio é mais de 93,3%.
Recolhem sinais elétricos musculares para avaliar atividade muscular e fadiga. Softe, respirable, auto-adesivo, adequado para vestir a longo prazo em cenas esportivas dinâmicas.
Eletrodos transparentes extensíveis podem coletar EEG com elevada relação sinal-ruído em uma pequena área (<1cm ²). O tamanho global flexível do mercado de eletrodos neurais espera alcançar 1,87 bilhões de dólares americanos em 2025, impulsionado pela BCI para o crescimento explosivo. <>
Há diferenças significativas no substrato, no material condutivo, no padrão de eletrodos e nos requisitos de tamanho para eletrodos esticáveis em diferentes cenários de aplicação. Com base em sua acumulação tecnológica nos campos de processamento de precisão de substratos flexíveis e revestimento de metales preciosos, a Advanced Institute Technology fornece os seguintes serviços personalizados:
Suporta vários filmes flexíveis como PDMS, PU, PI, PET, etc., e a espessura pode ser personalizada de acordo com as necessidades.
Suporta diversos sistemas como AgNW, PEDOT: PSS, ouro/platina e outros revestimentos de metal biocompatíveis.
Impressão de tela, escrita direta por laser, fotolitografia, revestimento de vácuo, cobra personalizada como estruturas, eletrodos forcados, microeletrodos, etc.
Soluções funcionais personalizadas como revestimentos de polímeros condutivos, modificações nanomateriais e tratamentos de biocompatibilidade.
A essência de eletrodos flexíveis esticáveis na pele é estabelecer um canal de sinal estável, baixo ruído e biológicamente amigável entre dispositivos eletrônicos rígidos e tecidos biológicos suaves. Usa substratos elásticos para corresponder às propriedades mecânicas da pele, uma rede condutiva esticável para assegurar continuidade elétrica sob deformação, e design estrutural para "guiar" a tensão da camada funcional - os três trabalham juntos para responder a uma questão de engenharia central:Como fazer dispositivos eletrônicos se estender e contrair como a pele, ao mesmo tempo que entender a linguagem do corpo.
Desde monitoramento do eletrocardiograma até interfaces de computador cerebral, da reabilitação do exercício até interação humano-computador - eletrodos estendíveis estão trazendo a coleta de sinais bioelétricos de hospitais para casas, de estático para dinâmico, e de "aderir" para "crescer". Nesta evolução tecnológica, a seleção de materiais, o design estrutural e os processos de máquina de precisão sempre foram as variáveis essenciais que determinam o limite superior do desempenho de eletrodos.
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