Губчатые электроды на основе сахарных кубиков могут улучшить медицинский мониторинг

Для контроля сердечного ритма и мышечной функции врачи часто крепят электроды к коже пациента, чтобы детектировать электрические сигналы под ней. Эти импульсы важны для ранней диагностики и лечения многих расстройств, но существующие электроды имеют ограниченную функциональность или дороги в производстве. Исследователи, сообщающие в ACS Nano, разработали недорогую губчатую версию с улучшенным обнаружением сигнала, созданную с использованием неожиданного шаблона — сахарного кубика.

Современные электроды «золотого стандарта» для электрофизиологического мониторинга используют серебряный диск, контактирующий с кожей через проводящий гель. Эти электроды — ключевые инструменты для обнаружения аномальных электрических сигналов, связанных с проблемами здоровья, такими как сердечные приступы, нарушения работы мозга или нервно-мышечные заболевания. Однако у них есть недостатки. Они жёсткие и плохо прилегают к коже, особенно при физической активности пациента, что снижает качество сигнала. Кроме того, проводящий гель быстро высыхает, препятствуя долгосрочному мониторингу и обнаружению редких событий. Для решения этих проблем исследователи создавали мягкие электроды, лучше прилегающие к коже, а также версии на основе микроножек, физически проникающих в кожу, но они дороги в производстве, что ограничивает их широкое применение. Поэтому Чуань Ван и коллеги решили разработать недорогой губчатый электрод, обеспечивающий более стабильный и устойчивый контакт с кожей.

Для создания нового устройства исследователи взяли коммерчески доступные сахарные кубики, сформировали из них шаблон и погрузили его в жидкий полидиметилсилоксан (PDMS). После отверждения PDMS стал твёрдой структурой. Затем они растворили сахар горячей водой и покрыли микропоры губки тонкой проводящей плёнкой, чтобы сформировать электрод.

Поскольку микропоры увеличили площадь контакта губчатого материала с кожей, новое устройство показало высокую интенсивность сигнала и сниженный шум по сравнению со стандартными электродами. Микропоры также позволили устройству удерживать больше проводящего геля, который высыхал медленнее, чем в стандартных версиях, предотвращая потерю сигнала. Гель также действовал как амортизатор, снижая негативное влияние движений пациента на контакт «кожа-электрод» и обеспечивая детектирование сигнала. Исследователи протестировали способность губчатого устройства мониторить сокращения матки во время родов и обнаружили, что оно работает так же хорошо или лучше, чем обычный электрод. Как недорогая и гибкая альтернатива, губчатые электроды расширяют возможности для носимых медицинских применений, включая использование в обследованиях, требующих движения пациента, или для долгосрочного мониторинга людей дома или на работе.