Blødt materiale inspireret af græshopper til bedre elektrodeklæbemiddel

Forskere ved ETH Zürich har udviklet en ny type sundhedsovervågningselektrode, der udviser optimal vedhæftning til huden og kan registrere signaler af høj kvalitet. To unge spin-off-grundlæggere ønsker at gøre det til et salgbart produkt allerede i år.

Enhver, der nogensinde har haft et elektrokardiogram - f.eks. for at kontrollere deres hjertes fitness - vil kende de elektroder, som lægen fastgør til brystet. Imidlertid, de konventionelle elektrodemodeller har betydelige ulemper:hårde metalliske elektroder er ubehagelige at have på og er ikke egnede til at foretage målinger over længere perioder. Gelelektroder, den type, der oftest bruges i daglig klinisk praksis, forårsager ofte hudirritation eller endda allergiske reaktioner hos patienter.

Nu, ETH -forskere ledet af Janos Vörös, Professor i bioelektronik, og Christopher Hierold, Professor i mikro- og nanosystemer, har fundet en løsning. De har udviklet en elektrode, der er lige så elastisk som hud, så det næppe er mærkbart for bæreren. Den særlige overfladestruktur gør det muligt at registrere signaler fra hjerte og hjerne i høj kvalitet. Forskerne offentliggjorde for nylig detaljer om deres arbejde i tidsskriftet Avanceret sundhedsmateriale .

Inspireret af naturen

For den nye elektrode, forskerne brugte et blødt materiale-en ikke-irriterende blanding af silikongummi og ledende sølvpartikler-der stammede fra et tidligere forskningsprojekt fra Vörös 'gruppe. For overfladestrukturen, forskerne kiggede på naturen for at få inspiration:de brugte den mekanisme, der gør det muligt for græshopper at gå selv på lodrette overflader.

Sålene på disse insekters fødder er dækket af utallige små puder, der ligner svampehoveder under et mikroskop og er arrangeret som en mosaik. Når de kommer i kontakt med en anden overflade, der opstår en klæbende effekt, teknisk set kendt som Van der Waals interaktion.

Forskerne anvendte denne mikrostruktur på deres materiale, skaber en elektrodeoverflade, der klæber til huden. Ud over, den særlige geometri på det mikroskopiske niveau maksimerer kontaktfladen mellem hud og elektrode, gør det muligt at registrere signaler i meget høj kvalitet.

Fra renrummet til swimmingpoolen

Forskerne skabte prototyperne i et renrum ved hjælp af en specielt udviklet fremstillingsproces. De dækkede et bundlag med to forskellige malinger og dækkede det med en præcist perforeret maske. Derefter, de udsatte prøven for lys, hvilket gjorde den øvre lysfølsomme maling direkte under perforeringerne opløselig. Næste, de nedsænkede det i en kemisk opløsning, der først angreb de opløselige områder af det øverste lag maling, inden man arbejder sig videre til det andet lag maling. På dette tidspunkt, forskerne stoppede nedbrydningsprocessen på det helt rigtige sted for at skabe støbeformen uden andet end omvendte svampehoveder. Når støbt, dette frembragte en specifikt struktureret klæbende elektrodeoverflade.

For at kontrollere, om elektroderne fungerer selv under udfordrende forhold, forskerne testede dem på en svømmer. På grund af vandmodstand og de kraftige bevægelser, der er involveret i svømning, dette betragtes som en særligt udfordrende disciplin for ydelsesovervågning ved hjælp af elektroder. Resultaterne var imponerende:Kvaliteten af ​​de signaler, der blev registreret af de nye elektroder, var betydeligt bedre end gelelektroderne, som også svømmeren havde på. I mellemtiden, Zürichs søredningstjeneste har allerede vist interesse for de nye elektroder og bruger dem som en del af en igangværende undersøgelse.

Udover elektroder til registrering af hjerteudgangskurver (elektrokardiogrammer eller EKG), forskerne har også udviklet en elektrode til måling af hjernesignaler, kendt som elektroencefalografi (EEG). Materialekombinationen er den samme for begge typer elektroder, men strukturerne er forskellige:EEG -elektroderne behøver ikke den klæbende mikrostruktur, som de er fastgjort ved hjælp af en hætte. I stedet, deres overflade er udstyret med flere bumser på to til fire millimeter i højden, der tillader kontakt med hovedbunden selv gennem tykt hår. Dermed, barbering og gel er ikke påkrævet.

Næste trin:industrialisering

Séverine Chardonnens og Simon Bachmann, to af undersøgelsens forfattere, var overbevist om markedspotentialet for sådanne elektroder fra starten. Selv før de afsluttede deres kandidatgrader, de skubbede videre med ideen om at etablere deres eget firma-og de lykkedes:de to talentfulde unge forskere blev accepteret til Venture Kick- og CTI-finansieringsprogrammerne og har allerede opnået en hel del frøkapital gennem opstartskonkurrencer.

Efter den vellykkede udvikling af prototypeelektroden og den officielle grundlæggelse af IDUN Technologies som en ETH-spin-off i november 2017, Chardonnens og Bachmann vurderer nu, hvilken applikation de først skal koncentrere sig om. De er engageret i intensive diskussioner med en række branchepartnere og forskningsgrupper. "Kommercialisering er værd i applikationer, hvor de nye elektroder tilbyder de største fordele i forhold til eksisterende modeller, "siger Bachmann." Vi ser potentiale i den langsigtede overvågning af patienter, i overvågning af sportspræstationer og på EEG -markedet. "

Efter at spørgsmålet om strategisk orientering er afgjort, Chardonnens vil fokusere på industrialiseringsprocessen i sin rolle som hovedudvikler, mens Bachmann primært vil koncentrere sig om erhvervelse af partnere og kunder i sin egenskab af administrerende direktør. "Hvis alt går som planlagt, vi vil kunne sælge de første elektroder allerede i år, ”siger Chardonnens.