Onderzoekers ontwerpen een cellulose nanovezelpapier dat kan worden gebruikt als substraat voor elektronica op de huid

Het idee om draadloos via de huid elektrische informatie van het lichaam te verzamelen, is niet nieuw. Het ideale elektrodemateriaal moet echter aan een aanzienlijke lijst met criteria voldoen om een ​​realistische kandidaat te zijn voor gebruik bij patiënten. Onderzoekers van de universiteit van Osaka hebben een elektrodesubstraat ontworpen dat is afgeleid van hout en dat aan alle eisen lijkt te voldoen. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materiaalinterfaces.

De elektroden die nodig zijn voor on-skin-elektronica worden ondersteund door een substraatmateriaal dat effectief contact maakt met de huid. Bij het kiezen van een ondergrond moet met tal van factoren rekening worden gehouden: Is het flexibel en comfortabel om te dragen, maar toch duurzaam? Kan het substraat worden gesteriliseerd zodat het opnieuw kan worden gebruikt? Plakt het goed op de huid en laat het de huid ademen? Is het substraat ecologisch duurzaam om te produceren en te verwijderen?

Het vinden van een kandidaat is daarom lastig, maar de onderzoekers van Osaka denken dat ze de meest veelbelovende tot nu toe hebben ontworpen. Hun op cellulose gebaseerde materiaal is in wezen papier dat bestaat uit kleine nanovezels, waardoor het de naam “nanopaper e-skin” krijgt, en het zijn de openingen tussen de vezels, waarvan de grootte kan worden gecontroleerd, die hun substraat de rand geven.

“Om het best mogelijke elektrische signaal te krijgen, is het belangrijk dat een substraat goed contact maakt met de huid, wat betekent dat het glad moet zijn. Veel voorbeelden van gladde materialen zijn echter ook erg dicht, wat hun ademend vermogen ernstig vermindert en resulteert in ongemak voor de gebruiker ‘, zegt studieauteur Teppei Araki. “Omdat ons nanopapier een gaas van zeer fijne vezels is, onderhoudt het een goed contact met de huid, maar heeft het ook poriën waardoor waterdamp kan doordringen, waardoor ontstekingen worden verminderd en het comfortabel is om te dragen”, legt eerste auteur Yintong Huang uit.

Eenmaal nat, kon het nanopapier aan de huid kleven vanwege de werking van het water in de poriën, en het was in staat om 100 cycli van vervorming op het voorhoofd te weerstaan ​​terwijl het zijn functie behoudt. Het nanopapier kan ook bij hoge temperatuur worden gesteriliseerd.

“Wij geloven dat ons nanopapier compatibel is met zowel het lichaam als de omgeving”, zegt senior auteur Hirotaka Koga. “De beschikbaarheid, flexibiliteit, huidconformiteit en ademend vermogen, thermische stabiliteit, taaiheid, biocompatibiliteit en milieuduurzaamheid van ons substraat maken het allemaal tot een veelbelovende kandidaat voor elektrofysiologische monitoring die we naar verwachting gemakkelijk kunnen vertalen naar de kliniek voor de meting van gegevens zoals ECG’s.”

Deze resultaten vormen een veelbelovende stap voorwaarts op het gebied van on-skin-elektronica en kunnen de sprong zijn die nodig is voor explosieve ontwikkelingen wanneer onderzoekers technieken van flexibele en duurzame elektronica die ze hebben ontwikkeld, combineren.