Высокая биосовместимость. «Сухие» электроды для умной одежды от ТПУ

Электроды для регистрации биопотенциалов человека, разработанные учеными Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, прошли испытания на биосовместимость. В ходе лабораторных тестов, проводимых с учеными Сибирского государственного медицинского университета на кроликах, оценивалось их воздействие на кожу. Исследование показало, что биоэлектроды обладают низкой цитотоксичностью. Эти результаты делают сенсоры на основе оксида графена перспективным материалом для создания умной одежды, которая в перспективе может использоваться спортсменами и амбулаторными пациентами. 

Результаты испытаний вошли в статью, которая была выбрана на обложку журнала ACS Sensors (Q1; IF:8,9). Проект реализуется при поддержке программы Минобрнауки «Приоритет-2030».

Измерение биопотенциалов позволяет мониторить жизненно важные показатели. При этом электроды, позволяющие регистрировать электрическую активность сердца, мышц, мозга и другие сигналы человеческого тела, могут применяться не более 72 часов. Ограничения связаны, в первую очередь, с локальным раздражением в области крепления электрода, которое вызывает воздействие как материалов электрода, так и клеящее вещество.

Ранее научная группа TERS-Тeam Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ предложила новый подход к получению биоэлектродов для умной одежды на основе графен-полимерных композитов, предназначенных для длительного мониторинга. Ученые подобрали оптимальные параметры лазерной обработки оксида графена в многослойной структуре с тонкой, около 100 микрометров, пленкой полиэтилентерефталата на текстильной подложке. Это позволило добиться высокой электропроводности и достаточной механической стабильности композита, которые делают электроды устойчивыми к стирке.  Важно, что электроды изготавливаются на коммерчески доступном текстиле. Главная особенность электродов в том, что они являются «сухими», то есть могут работать без гелевого интерфейса, обеспечивающего контакт с кожей.

На новом этапе проекта была проведена оценка биосовместимости разработанных политехниками электродов. Специалисты Сибирского государственного медицинского университета в ходе исследования на кроликах изучали воспалительную реакцию кожи в сравнении с распространенными хлорсеребряными электродами (Ag/AgCl). Были показаны существенно меньшие признаки воспаления при 12-тидневном использовании электродов на основе оксида графена.

Кроме того, ученые Томского политеха оптимизировали электрохимические свойства биоэлектродов. 

В ходе исследования было обнаружено важное свойство: наши датчики, изготовленные при определенных параметрах, практически не поляризуются в отличие от аналогов, созданных на основе металлов.  Поляризация — процесс скапливания неравновесного заряда, который вносит помехи в измерения. Наши электроды не превышают допустимых значений уровня поляризации за счет того, что ионы не могут проникать в структуру графена и накапливаться в межслойном пространстве. Этот блокирующий механизм обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики материала и соответствие стандартам характеристик и требованиям к электродам для проведения ЭКГ.

• Евгения Шеремет, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ 

Фото на обложке: ТПУ