Перспективы разработки сухих электродов на основе углеродных наноматериалов в биомедицинской электронике

Аннотация:

Рассмотрены ключевые особенности электродов для электрокардиографии с гелем, сухих электродов типа Ag/AgCl и электродов на основе композитов углеродных наноматериалов, их преимущества и недостатки. Выявлены основные задачи разработки и перспективы развития сухих электродов на основе углеродных наноматериалов. Мониторинг биоэлектрических сигналов позволяет диагностировать и предотвращать многие физиологические заболевания, такие как тромбоз, инфаркт миокарда, сердечные аритмии и остановка сердца. Электрокардиограмма (ЭКГ) напрямую отражает состояние здоровья сердца, поэтому непрерывный мониторинг биоэлектрических сигналов человеческого организма необходим для обнаружения потенциальных проблем и обеспечения безопасности пациентов. Для измерения физиологических электрических сигналов наибольшее распространение получили классические жидкогелевые электроды благодаря их низкой стоимости наряду с низкими эффектом поляризации и импедансом интерфейса электрод-кожа, а также простоте их использования. Однако при среднесрочном мониторинге жидкогелевые электроды подвержены дегидратации, что снижает качество регистрируемого сигнала и вызывает необходимость замены электродов. В связи с этим в последнее время ведутся активные исследования в области разработки сухих электродов, включающие в себя покрытия на основе Ag/AgCl, а также из композиционных материалов, в том числе с углеродными наноматериалами. Сухие электроды демонстрируют отношение сигнал/шум, сопоставимое с традиционными жидкогелевыми и твердогелевыми электродами. Одним из ключевых преимуществ сухих электродов является отсутствие необходимости в предварительной подготовке кожных покровов, что не только снижает риск раздражения и аллергических реакций, но и сокращает время подготовки к измерениям. Эффективность сухих электродов в биомедицинских приложениях определяется рядом ключевых аспектов, связанных с их конструкцией и взаимодействием с кожей. Среди них можно выделить требования к высокой электропроводности электрода, низкому импедансу на границе кожа-электрод, устойчивости при адгезии с кожей, высокой степени биосовместимости материалов и др. Такие требования обусловлены тем, что биоэлектрические сигналы имеют характеристики, связанные с малой силой сигнала, при которой амплитуды этих биоэлектрических сигналов, как правило, ниже 5 мВ; динамическими изменениями, при которых внешние или внутренние стимулы будут вызывать соответствующие изменения в сигналах организма; низким отношением сигнал/шум, что определяет восприимчивость к помехам. В настоящей статье рассмотрены основные преимущества и недостатки гелевых и сухих электродов, проведено сравнение их характеристик. Представлены перспективные направления разработки и усовершенствования сухих электродов для долговременной регистрации биопотенциалов.

Авторы:

Издание: Медицинская физика
Год издания: 2025
Объем: 5с.
Дополнительная информация: 2025.-N 2.-С.44-48. Библ. 19 назв.
Просмотров: 1