Ученые создали гидрогель для биосенсоров, устойчивых к поту
Новый мягкий гидрогель позволяет носимым биосенсорам надежно работать на влажной и покрытой волосами коже. Материал выдерживает сильное растяжение, пропускает пот и может использоваться многократно.
Источник: Новый гидрогель, который может быть использован для изготовления прочных и конформных биосенсоров.
МОСКВА, 30 июля. /Новости науки/. Ученые создали мягкий гидрогель для носимых биосенсоров, сохраняющий контакт с влажной и покрытой волосами кожей. Разработку специалистов описал журнал Science Advances.
Материал позволит повысить точность носимых устройств, которые измеряют частоту сердечных сокращений, потоотделение, движение глаз и другие физиологические показатели. Обычные электроды могут смещаться или частично отклеиваться во время движения, из-за чего в сигнале возникают помехи.
«Наша разработка не создает новый способ физиологических измерений, а делает существующие измерения надежнее в сложных условиях реального мира», — объяснил один из авторов исследования Абу Муса Абдулла.
Основой разработки стал гидрогель, свойства которого можно регулировать с помощью кислотности раствора. Ученые научились задерживать его затвердевание до того момента, когда материал окажется внутри шприца. Благодаря этому электрод можно наносить непосредственно на кожу, придавая ему форму, подходящую для конкретной части тела.
Для повышения электропроводности и прочности исследователи добавили в материал частицы лазерно-индуцированного графена и восстановленного оксида графена. Они образуют внутри гидрогеля пористую проводящую сеть. Через нее может проходить пот, не скапливаясь под датчиком и не нарушая его контакт с кожей.
Клейкость гидрогелю придает полидофамин — полимер, созданный по аналогии с веществами, с помощью которых мидии удерживаются на влажных поверхностях. Полученный материал оказался примерно таким же мягким, как ткани человеческого организма, и смог растягиваться примерно в 80 раз. Датчики можно было снимать и повторно прикреплять десятки раз без заметного ухудшения их работы.
Во время испытаний гидрогелевые электроды, размещенные на груди и запястье, продолжали регистрировать электрокардиограмму при сгибании и растяжении кожи. Аналогичные датчики возле глаз устойчиво фиксировали моргание и движения глаз.
В одном из экспериментов ученые разместили сенсоры на веке, ладони и запястье добровольца. Устройства одновременно отслеживали моргание, потоотделение и сердцебиение, пока человек слушал спокойную музыку и неприятные звуки. В другом опыте участнику, боявшемуся пауков, показывали видеозаписи с ними. Датчики зафиксировали усиление потоотделения и учащение моргания по мере развития стрессовой реакции.
Пока технология представляет собой экспериментальный образец. В дальнейшем ученые намерены адаптировать материал для медицинского наблюдения, спортивных тренировок и реабилитации. Перед коммерческим применением разработчикам предстоит дополнительно проверить долговечность и безопасность гидрогеля.
Материал позволит повысить точность носимых устройств, которые измеряют частоту сердечных сокращений, потоотделение, движение глаз и другие физиологические показатели. Обычные электроды могут смещаться или частично отклеиваться во время движения, из-за чего в сигнале возникают помехи.
«Наша разработка не создает новый способ физиологических измерений, а делает существующие измерения надежнее в сложных условиях реального мира», — объяснил один из авторов исследования Абу Муса Абдулла.
Основой разработки стал гидрогель, свойства которого можно регулировать с помощью кислотности раствора. Ученые научились задерживать его затвердевание до того момента, когда материал окажется внутри шприца. Благодаря этому электрод можно наносить непосредственно на кожу, придавая ему форму, подходящую для конкретной части тела.
Для повышения электропроводности и прочности исследователи добавили в материал частицы лазерно-индуцированного графена и восстановленного оксида графена. Они образуют внутри гидрогеля пористую проводящую сеть. Через нее может проходить пот, не скапливаясь под датчиком и не нарушая его контакт с кожей.
Клейкость гидрогелю придает полидофамин — полимер, созданный по аналогии с веществами, с помощью которых мидии удерживаются на влажных поверхностях. Полученный материал оказался примерно таким же мягким, как ткани человеческого организма, и смог растягиваться примерно в 80 раз. Датчики можно было снимать и повторно прикреплять десятки раз без заметного ухудшения их работы.
Во время испытаний гидрогелевые электроды, размещенные на груди и запястье, продолжали регистрировать электрокардиограмму при сгибании и растяжении кожи. Аналогичные датчики возле глаз устойчиво фиксировали моргание и движения глаз.
В одном из экспериментов ученые разместили сенсоры на веке, ладони и запястье добровольца. Устройства одновременно отслеживали моргание, потоотделение и сердцебиение, пока человек слушал спокойную музыку и неприятные звуки. В другом опыте участнику, боявшемуся пауков, показывали видеозаписи с ними. Датчики зафиксировали усиление потоотделения и учащение моргания по мере развития стрессовой реакции.
Пока технология представляет собой экспериментальный образец. В дальнейшем ученые намерены адаптировать материал для медицинского наблюдения, спортивных тренировок и реабилитации. Перед коммерческим применением разработчикам предстоит дополнительно проверить долговечность и безопасность гидрогеля.
