Разработка электродов нового поколения для регистрации биоэлектрических потенциалов сердца

При проведении электрофизиологических исследований для регистрации биоэлектрических сигналов используют электроды, от правильного выбора и применения которых зависят достоверность и диагностическая значимость получаемых данных. Регистрация электрокардиограммы является стандартной процедурой в медицине, но ее мониторинг часто ограничивается 24 часами. Происходит это из-за ограниченной производительности электродов. Свойства границы кожа/электрод определяют качество работы медицинского оборудования. Следовательно, условия поверхности и состав материала, из которого изготовлен электрод, должны соответствовать требованиям устройства регистрации электрокардиограммы. Важно реализовать быструю передачу полезного сигнала с малыми потерями и без артефактов. Современные электроды с применением Ag/AgCl имеют ограниченный срок службы, так как их обезвоживание и деградация поверхности приводят к образованию различных артефактов на записи электрокардиограммы. Альтернатива – сухие гибкие электроды, основой которых могут послужить углеродные материалы (восстановленный оксид графена либо алмазоподобное покрытие) на пластиковой (пленочной) подложке. Акцент современных исследований направлен на разработку сухих электродов, которые предоставили бы возможность проводить качественную долговременную регистрацию электрокардиосигналов без гелей и клеев.

1. Yu Y., Zhang J., Liu J. (2013) Biomedical Implementation of Liquid Metal Ink as Drawable ECG Electrode and Skin Circuit. Plos One. 8 (3). DOI: 10.1371/journal.pone.0058771.

2. Thakor N. V. (1999) Biopotentials and Electrophysiology Measurement. Boca Raton, CRC Press LLC.

3. Gruetzmann A., Hansen S., Müller J. (2007) Novel Dry Electrodes for ECG Monitoring. Physiological Measurement. 28 (11), 1375–1390. DOI: 10.1088/0967-3334/28/11/005.

4. Beutler Br. D., Lee R. A., Cohen Ph. R. (2016) Localized Cutaneous Argyria: Report of Two Patients and Literature Review. Dermatol Online J. 22 (11). DOI: 13030/qt4wm1j7pt.

5. Uter W., Werfel Th., White L. R., Johansen J. D. (2018) Contact Allergy: a Review of Current Problems from a Clinical Perspective. Int J. Environ Res Public Health. 15 (6), 1108. DOI: 10.3390/ijerph15061108.

6. Searle A., Kirkup L. (2000) A Direct Comparison of Wet, Dry and Insulating Bioelectric Recording Electrodes. Physiological Measurement. 21 (2), 271–283. DOI: 10.1088/0967-3334/21/2/307.

7. Gatzke R. D., Miller H. A., Harrison D. C. (ed.) (1974) The Electrode: a Measurement Systems Viewpoint. Biomedical Electrode Technology. New York, Academic Press. 99–116.

8. Guo S., Lin R., Wang L., Lau S., Wang Q., Liu R. (2019) Low Melting Point Metal-based Flexible 3D Biomedical Microelectrode Array by Phase Transition Method. Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. Appl. 99, 735–739. DOI: 10.1016/j.msec.2019.02.015.

9. Lee S. M., Byeon H. J., Kim B. H., Lee J., Jeong J. Y., Lee J. H., Moon J. H., Park C., Choi H., Lee S. H., Lee K. H. (2017) Flexible and Implantable Capacitive Microelectrode for Bio-potential Acquisition. BioChip J. (11), 153–163. DOI: 10.1007/s13206-017-1304-y.

10. Yongan Huang, Wentao Dong, Chen Zhu, Lin Xiao (2018) Electromechanical Design of Self-Similar Inspired Surface Electrodes for Human-Machine Interaction. Complexity. 1–14. DOI: 10.1155/2018/3016343.

11. Kim D. H., Lu N., Ma R., Kim Y. S., Kim R. H., Wang S., Wu J., Won S. M., Tao H., Islam A., Yu K. J., Kim T. I., Chowdhury R., Ying M., Xu L., Li M., Chung H. J., Keum H., McCormick M., Liu P., Zhang Y. W., Omenetto F. G., Huang Y., Coleman T., Rogers J. A. (2011) Epidermal Electronics. Science. 333 (6044), 838–843. DOI: 10.1126/science.1206157.

12. Liu Y., Norton J. J., Qazi R., Zou Z., Ammann K. R., Liu H., Yan L., Tran P. L., Jang K. I., Lee J. W., Zhang D., Kilian K. A., Jung S. H., Bretl T., Xiao J., Slepian M. J., Huang Y., Jeong J. W., Rogers J. A. (2016) Epidermal Mechano-acoustic Sensing Electronics for Cardiovascular Diagnostics and Human-machine Interfaces. Science Advances. 2 (11). DOI: 10.1126/sciadv.1601185.