Модуль E-502 в испытаниях биоэлектродов на основе графена

Внедрение: 2020 г.

Авторы статьи [1] представляют биоэлектроды, изготовленные из восстановленного лазером оксида графена (rGO) на гибких полиэтилентерефталатных (PET) подложках. Эта технология сухого биоэлектрода rGO обеспечивает долговременную стабильность характеристик в течение 100 часов в сложных условиях при контакте с кожей и высокое соотношение "сигнал-шум".  

Этапы обработки биоэлектродов из оксида графена схематически показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Схематическое изображение различных этапов представленной технологии производства биоэлектродов на основе графена: 1 – оксид графена, обрабатываемый в растворе, используется для формирования пленок на гибких подложках из PET; 2 – пленки GO восстанавливаются с помощью лазерной обработки и интегрируются в PET; 3 – биоэлектроды изготавливаются с использованием структур rGO/PET, прикрепленных к обычному электродному пластырю с помощью внешнего адгезива для фиксации; 4 – постоянное ношение биоэлектродов rGO с подтвержденной стабильностью in vivo; 5 – мониторинг ЭКГ при постоянном ношении биоэлектродов rGO без ухудшения работоспособности или вторичных воздействий на кожу до 108 часов.

В статье авторы подробно описывают многочисленные испытания биоэлектродов из восстановленного лазером оксида графена (rGO). В частности, контактное сопротивление этих электродов измеряли четырехэлектродным методом. К электродной ячейке и компьютеру была подключена система сбора данных E‑502. Возбуждающий переменный ток с амплитудой 100 мкА и частотой 10 Гц подавался на два токовых электрода, а другая пара электродов регистрировала напряжение. Высокоточный 16‑битный ЦАП в составе E‑502 генерировал ток возбуждения, а напряжение измерялось АЦП с разрешением 10 мкВ. Расчетное отношение "сигнал-шум" было выше 70 дБ. Всего было девять независимых записей длиной 10 с для каждого значения pH.

Сравнительные данные, полученные для биоэлектродов Ag/AgCl и биоэлектродов rGO, представленные на рисунке 2.

Рисунок 2. Обработанные данные ЭКГ: а) сигналы ЭКГ с биоэлектродом rGO по сравнению с электродом Ag/AgCl в разное время измерения; b) шум напряжения в зависимости от частоты; c) изменение биоимпеданса контакта кожа-электрод во время испытания; d) корреляция сигнала от разных электродов с данными ЭКГ за 5 мин в разное время (получено более 98 % совпадения); e) реальная фотография биоэлектрода rGO, который носит доброволец; f) и g) изображения биоэлектродов rGO со сканирующего электронного микроскопа – соответственно до и после 108 часов непрерывного контакта с кожей человека после исследования in vivo.

Авторы отмечает, что данный метод создания биоэлектродов является простым, рентабельным и может быть масштабирован, что позволяет устойчиво производить гибкие электроды произвольной формы для биомедицинских датчиков и носимых устройств.

Источник:

G. Murastov, E. Bogatova, K. Brazovskiy et al. Flexible and water-stable graphene-based electrodes for long-term use in bioelectronics. Biosensors and Bioelectronics. 2020. Vol 166. Pp. 2-10.  https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112426.

Разработчик: ТПУ, Томск; Институт молекулярных наук, Амстердамский университет, Нидерланды; НИИ кардиологии Томского НИМЦ; ТГУ, Томск; СибГМУ