Eletrodos húmidos tradicionais Ag/AgCl mostram excelente desempenho no monitoramento estático clínico, com baixa impedência de contato e sinais confiáveis. No entanto, quando é usado em dispositivos portadores, especialmente em cenas que requerem uso a longo prazo, problemas começam a surgir: o gel condutivo secará em algumas horas, e a impedência da interface aumentará; A pele continua a deformar durante atividades diárias (com uma taxa de estiramento superior a 30%), e eletrodos rígidos não podem seguir, resultando em artefatos de movimento; A ligação a longo prazo pode levar a impermeabilidade da pele, acumulação de suor, irritação e até dermatite.

A raíz do problem a está num fato fundamental que há muito tempo foi ignorado: a pele está viva - ela se move, suore e respira. Para permitir que o eletrodo coexist a pacificamente com a pele, não pode ser apenas "ligado", mas deve "crescer" - mecanicamente correspondendo à suavidade e elasticidade da pele, permitindo à pele respirar livremente no manejo de calor e umidade, e estabelecendo um canal estável de sinal de baixo ruído na interface.

2[UNK] Dois tipos de caminhos esticáveis: "estichabilidade estrutural" e "estichabilidade intrínseca dos materiais"

Existem dois caminhos tecnológicos diferentes para alcançar a estensibilidade de eletrodos, e entender as diferenças entre os dois é a chave para compreender corretamente a evolução tecnológica neste campo.

• A estrutura é esticávelÉ a solução mais precoce explorada - projetando estruturas geométricas como serpentinas, pontes de ilhas, arrepios, etc. em substratos elásticos, absorvendo tensão através da deformação estrutural, e protegendo a camada condutiva de danos. A estrutura Kirigami é um desenvolvimento representativo deste caminho - cortando padrões específicos no filme, o material original não estendível pode ser estirado. O PEDOT: Eletrodo epidermal PSS/PVA/AgNWs/PU baseado na estrutura de Kirigami alcançou uma taxa de estiramento conformal da pele de > 100%, com uma baixa resistência quadrada de cerca de 3,9 Ω/□ e uma impedência da interface de cerca de 27,41k Ω a 100Hz.
• O material é inerentemente esticávelEsta é a direção de avanço nos últimos anos - para tornar os próprios materiais condutivos esticáveis, ao invés de confiar em design estrutural para "absorver" a tensão. Metal líquido, polímero condutivo intrinsicamente esticável, hidrogel condutivo iônico e outros sistemas materiais podem fazer o eletrodo ter deformação no nível molecular. A vantagem deste caminho é que não requer um design estrutural complexo, o próprio material pode se conformar com a pele de forma conforme, e a mudança de resistência é menor sob grande deformação.

3[UNK] Os Quatro Cavalheiros de Sistemas Materiales: Condutividade Ionica, Metais Liquidos, Polímeros Condutivos e Nanocompositios

4[UNK] Três grandes desafios de engenharia: impedância, artefatos e respirabilidade

O eletrodo flexível esticável na superfície da pele está se movendo do laboratório para aplicações práticas, enfrentando três desafios essenciais de engenharia:

• Impadância da interface:A impedância da interface cutânea de eletrodos é o parâmetro primário que determina a qualidade do sinal. A impedância da interface do eletrodo seco epidermal avançado pode ser tão baixa como cerca de 27k Ω a 100Hz, o que é equivalente ou mesmo melhor do que o eletrodo do gel comercial Ag/AgCl. A impedência da interface de um eletrodo de pele de metal líquido com uma espessura de apenas cerca de 200nm é tão baixa como 8,5k Ω a 1kHz.
• Artefato de movimento:Esse é o maior desafio que distingue eletrodos usáveis secas do monitoramento estático clínico. O filme condutivo autoadesivo de polímero adere tanto à pele como ao eletrodo de metal através de fortes ligações de hidrogênio e de coordenação, reduzindo fundamentalmente os artefatos introduzidos pelo movimento por cabo. As propriedades líquidas do metal líquido permitem manter uma rede condutiva contínua durante a deformação da pele, suprimindo ainda mais artefatos de movimento.
• Respirabilidade e uso a longo prazo:A pele precisa respirar. A estrutura porosa do nanomembrano de ións assegura alta umidade e permeabilidade do ar. O dispositivo eletrônico epidermal flexível biomimético mostrou excelente respirabilidade e estabilidade em testes de suor contínuo por 5 horas e uso contínuo por 7 dias. A relação sinal-ruído de alguns eletrodos secas epidermais ainda atingiu 35,2 ± 1,7dB durante monitoramento contínuo de eletrocardiograma de 4 dias.

5[UNK] De laboratório para clínico: o desempenho está superando o padrão de ouro

Nos últimos cinco anos, o desempenho de eletrodo flexível esticável da superfície da pele evoluiu de "curiosidades laboratoriais" para "interface biológica de alto desempenho" - em algumas dimensões, começou a rivalizar ou até superar o eletrodo de gel clínico Ag/AgCl. A razão sinal-ruído do eletrodo da interface de pele suave pode alcançar até 38dB, e a impedância da interface é uma ordem de magnitude menor do que o padrão de gel, que ainda é estável mesmo no estado de exercício ou suor.

No nível de aplicação, eletrodos esticáveis na pele têm coberto a aquisição de sinais multimodais desde eletrocardiograma (ECG), eletromiografia (EMG) até eletroencefalografia (EEG). O eletrodo baseado em adesivo seco esticável foi integrado em dispositivos portables para análise de estadiamento do sono durante a noite, e seus resultados são comparáveis ao monitoramento clínico tradicional de sono multicanal. A razão sinal-ruído (SNR) do ECG baseada em eletrodo de hidrogel foi de 35,2 ± 1,7dB durante quatro dias consecutivos.

6[UNK] Solução Flexível de Eletrodos do Instituto de Tecnologia Avançada

Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd. (chamada "Advanced Institute Technology") foi criada em 2016 e é uma empresa nacional de alta tecnologia especializada em revestimento de substratos flexíveis, materiais de escudo, materiais absorventes e pastas de metal precioso. A empresa construiu independentemente uma linha de produção de vaporação de magnetrons e de evaporação de vácuo, usando rolo para rolar tecnologia de produção contínua, que pode alcançar depositação precisa de camadas de metal em vários filmes flexíveis e superfícies elásticas como PI, PET, FEP, LCP, PEEK, PDMS, etc.

No campo de eletrodos flexíveis esticáveis para superfícies cutâneas, a Tecnologia do Instituto Avançado fornece as seguintes capacidades essenciais:

• Seleção de substratos:Diversos substratos flexíveis e esticáveis como PI, PET, PDMS, TPU, etc., suportam diferentes taxas de esticamento e requisitos de desempenho mecânico.
• Esquema de cobertura:Revestimentos de metal precioso de alta pureza como ouro, platina, prata, bem como revestimentos de eletrodos biopotenciais Ag/AgCl.
• Plataforma de processo:Processos compostos como esputação de magnetrons, evaporação de vácuo e eletroplatação de pulso.
• Tecnologia fundamental:Activação pré-tratamento no plasma, projeto de revestimento gradiente (alcançando transição de estresse de substrato rígido para camada de metal), cobertura de ouro livre de ciano.
• Garantia de qualidade:O nível de adesão de cobertura 5B (ASTM D3359 mais alto), a certificação ISO9001 e a conformidade com os requisitos ambientais do RoHS.
• Serviços personalizados:Apoia a personalização do padrão de eletrodos e ajuste a espessura e largura do substrato, conforme necessário.

7[UNK] Conclusão

A evolução tecnológica de eletrodos flexíveis esticáveis na pele é essencialmente uma mudança de paradigma de "fazer dispositivos esticáveis" para "fazer dispositivos como pele". A implementação precoce de "estrutura esticável" através de modelos estruturais como a cobra e Kirigami resolveu o problema de se poderia dobrar ou não; Hoje em dia, avanços em sistemas materiais como condução iônica, metal líquido e polímeros condutivos intrínsecos esticáveis estão resolvendo o problema de se eles podem respirar, aderir e se sentir como pele.

De 3,55 μm de pele como eletrodos iónicos a 1,1 μm de metal líquido "tatuagens", de filmes compostos de 4m Ω·cm de MXene a polímeros condutivos autoadesivos 110S/cm - a força principal da revolução tecnológica sempre foi clara: permitindo que os dispositivos eletrônicos se aproximassem infinitamente das propriedades mecânicas, térmicas e elétricas da pele. Entender a lógica de evolução de "estruturalmente esticável" para "material intrínseco esticável", e os compromissos entre impedência, artefato e respirabilidade em diferentes sistemas materiais - estas são a chave para modernizar eletrodos flexíveis esticáveis da pele de "materiais de ponta" para "escolhas de engenharia".