Медицинские физиотерапевтические электроды являются неотъемлемой частью мониторинга электрической активности организма. При этом они дорого стоят и имеют довольно жесткую конструкцию, из-за чего плохо держатся при движениях пользователя. Однако новый электрод, изготовленный из кубиков сахара, способен устранить эти недостатки.

Ассортимент губчатых электродов, которые были получены из образцов сахарных кубиков.Adapted from ACS Nano 2022, DOI: 10.1022/acsnano.2c03962

В настоящее время самые качественные физиотерапевтические электроды представляют собой токопроводящие посеребренные диски, контактируемые с кожей пациента. Как правило, они не отличаются особой мягкостью или гибкостью, и поэтому плохо прилегают к кожным покровам. Поэтому они неудобны в использовании, а кроме того, могут смещаться, если пациент не сохраняет относительную неподвижность.

Вдобавок, токопроводящий гель, нанесенный между электродом и кожей, имеет тенденцию быстро высыхать, что в итоге приводит к потере сигнала. 

Команда Вашингтонского университета в Сент-Луисе под руководством профессора Чуань Ванга поставила перед собой задачу разработать недорогую, гибкую и комфортную альтернативу, которая по эффективности не уступала существующим электродам. Для этого они обратились к обычному кусковому сахару, купленному в магазине.  

Сначала из каждого кубика были изготовлены электроды желаемой формы. После чего их на два часа погрузили в жидкий полимер, известный как полидиметилсилоксан (PDMS). Этот полимер абсорбировался сформированным электродом, проникая в крошечные пустоты между зернами сахара.

После того, как в результате трехчасовой полимеризации в горячей печи жидкий материал превратился в эластичное твердое вещество, сахар был растворен в горячей воде. В результате осталась губчатая пористая структура PDMS. После обработки кислородной плазмой и этиленгликолем эту губку поместили в другой токопроводящий полимер, который сформировал тонкую пленку, покрывшую крошечные поры.

Затем, еще один сеанс в печи - и проводящая губка готова была исполнять функции электрода.

В ходе клинических испытаний, проводившихся на пациентах, было установлено, что устройство лучше прилегает к коже, чем обычные жесткие металлические электроды. Более того, увеличенная площадь поверхности благодаря многочисленным микропорам обеспечила более сильный и менее зашумленный электрический сигнал.

Кроме того, губка впитывала гораздо больше геля, чем традиционный электрод, поэтому работала гораздо эффективнее своего аналога. Также было установлено, что более толстый слой геля в губке работает как амортизатор, позволяя электроду поддерживать электрический контакт с кожей при движении пользователя.

Учёные надеются, что после дальнейшей оптимизации инновационные губчатые электроды можно будет использовать для медицинских обследований, связанных с физическими нагрузками, а также для длительного ношения в домашних условиях.

Статья о результатах данного эксперимента была недавно размещена в научном издании ACS Nano.

Источники:  American Chemical Society via EurekAlert,  journal ACS Nano.
1. (https://www.eurekalert.org/news-releases/960967)
2. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c04962)