测用导电海绵(《ACS Nano》可拉伸海绵电极用于生理信号和运动记录)

Posted 2023-05-31

篇首语：相逢意气为君饮，系马高楼垂柳边。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了测用导电海绵(《ACS Nano》可拉伸海绵电极用于生理信号和运动记录)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

测用导电海绵(《ACS Nano》可拉伸海绵电极用于生理信号和运动记录)

软电子设备和传感器因其重量轻、贴合人体皮肤和提高佩戴舒适度等优点，在可穿戴和动态电生理信号监测应用中显示出巨大的潜力，它们可能会取代当今广泛使用的传统刚性电极和笨重的记录设备在临床环境中。在这里，我们报告了一种弹性海绵电极，它大大降低了电极-皮肤接触阻抗，提高了信噪比 (SNR)，非常适合高质量生物电势的长期和运动伪影耐受记录信号。海绵电极使用由方糖牺牲模板制成的多孔聚二甲基硅氧烷海绵，随后涂有聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS) 导电聚合物采用简单的浸涂工艺。海绵电极包含大量微孔，与平面 PEDOT:PSS 电极或金标准 Ag/AgCl 电极相比，这些微孔大大增加了皮肤-电极接触面积并有助于将接触阻抗降低 5.25 或 6.7 倍。接触阻抗的降低导致了高质量的心电图 (ECG) 和肌电图 (EMG) 记录，并提高了 SNR。此外，与传统的平面电极相比，多孔结构还允许海绵电极保持更多的导电凝胶，从而使它们能够用于长时间的记录，而信号衰减最小。吸收到微孔中的导电凝胶也可用作缓冲层，以帮助减轻运动伪影，这对于门诊病人的记录至关重要。最后，为了证明其临床应用的可行性和潜力，我们已经证明海绵电极可用于监测分娩患者的子宫收缩活动。海绵电极具有低成本制造、柔软性和记录高 SNR 生物电势信号的能力，是长期可穿戴健康监测应用的有前途的平台。

图文简介

PEDOT:PSS/PDMS海绵电极的概念。(a) 示意图说明了 PEDOT:PSS/PDMS 海绵电极在 ECG 和 EMG 记录应用中的应用。(b) 说明用于制造海绵电极的制造步骤的示意图。(c) 海绵电极的照片。(d) 海绵电极结构示意图。(e, f) 显示 PEDOT:PSS 涂层之前和 (f) 之后 PDMS 海绵 (e) 的微观结构的光学显微照片。(g, h) PEDOT:PSS 薄膜的照片和示意图，直接印刷在一块平面 PDMS 基板上。(i, j) 照片和示意图说明了在本研究中用作金标准参考的商业 Ag/AgCl 电极的结构。

多孔 PEDOT:PSS/PDMS 电极的皮肤电极阻抗特性。(a) 三个海绵电极的照片，厚度相同，厚度为 2 mm，半径不同，分别为 0.5、0.75 和 1 cm。（b，c）使用不同半径的海绵电极测量的阻抗谱（b）没有和（c）使用导电水凝胶。(d) 照片显示四个海绵电极，半径相同为 1 cm，厚度不同，分别为 2、3、5 和 7.5 mm。（e，f）使用不同厚度的海绵电极测量的阻抗谱（e）没有和（f）使用导电水凝胶。(g) 说明海绵电极和平面电极之间的电极-凝胶-皮肤接触面积差异的示意图。(h) 使用海绵电极、平面电极测量的阻抗谱比较，和商业 Ag/AgCl 电极。(i) 使用和不使用导电水凝胶的多孔电极和平面电极在 10、100 和 1000 Hz 时的阻抗值。

心电图记录和运动伪影的影响。(a) 显示心电图记录设置的照片。(b) 照片显示了我们内部构建的生物电势数据记录仪的 PCB 板。(c) 便携式数据记录单元的框图。(d) 使用多孔 PEDOT:PSS/PDMS 电极、平面 PEDOT:PSS 电极和商业 Ag/AgCl 电极测量的心电图信号。(e) 海绵电极采集的心电图波形的代表性周期，显示清晰的 P 波、QRS 复合波和 T 波。(f) 在存在由周期性身体运动引起的运动伪影的情况下测量的心电图信号。(g) (f) 中数据的放大视图，显示心电图峰值以及运动伪影。

骨骼肌和平滑肌的 EMG 信号记录。(a) 照片显示了测量二头肌收缩的 EMG 信号的设置。(b, c) 当受试者举起 a (b) 7.5 磅或 (c) 20 磅的重量时，使用各种电极测量的 EMG 信号。(d) 用海绵、平面和商业 Ag/AgCl 电极测量的 EMG 信号幅度的比较。(e) 照片显示了在临床环境中记录子宫收缩活动的 EMG 信号的设置。(f) 比较从我们的多孔电极和内部构建的数据记录器、商业 BioSemi 活性 Ag/AgCl 电极和 BioSemi 生物电势测量系统记录的 EMG 波形以及从子宫肌力计记录的相应子宫收缩。

论文信息

论文题目：Stretchable Sponge Electrodes for Long-Term and Motion-Artifact-Tolerant Recording of High-Quality Electrophysiologic Signals

通讯作者：Chuan Wang

通讯单位：华盛顿大学圣路易斯分校

小编有话说：本文仅作科研人员学术交流，不作任何商业活动。由于小编才疏学浅，不科学之处欢迎批评。如有其他问题请随时联系小编。欢迎关注，点赞，转发，欢迎互设白名单。投稿、荐稿：polyenergy@163.com