Сухие электроды для «умной» одежды от ученых ТПУ готовятся к доклиническим испытаниям

Ученые Томского политехнического университета при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» разработали биоэлектроды для создания «умной» одежды. Они позволяют регистрировать электрическую активность сердца, мышц, мозга и другие сигналы человеческого тела. Эти сенсоры простые, потенциально недорогие при производстве в больших количествах. И в отличие от аналогов они работают без использования специального токопроводящего геля, который в ряде случаев вызывает аллергию. Исследование вышло на завершающую стадию лабораторных тестов, после завершения которых будут проведены доклинические испытания.

«Умная» одежда — новое направление в современном материаловедении. Такая одежда позволяет считывать показатели жизнедеятельности человека с помощью электронных датчиков, контролирующих такие показатели владельца как пульс, давление, дыхание, температуру. Они должны легко интегрироваться в ткань, быть функциональными, устойчивыми к внешнему воздействию и биосовместимыми, т.е. не вызывать негативных реакций организма.

В основе электродов ученых ТПУ — стабильные композиты на основе оксида графена. Их разработала научная группа Томского политеха TERS-Тeam под руководством профессоров Евгении Шеремет и Рауля Родригеса. Многие решения здесь были применены впервые. В частности, сама технология получения материала. Политехники использовали метод лазерной обработки оксида графена, нанесенного на полимерную подложку.     

«С помощью лазера происходит выжигание проводящего контура на поверхности. Это позволяет управлять формой сенсоров, придавать им необходимую конфигурацию и свойства структуры. По своим характеристикам такие электроды соответствуют лучшим характеристикам коммерчески доступных электродов на основе хлорида серебра. Это очень важно для их успешного применения. При этом они потенциально дешевле при массовом производстве, их можно наносить на любую подложку»,

— комментирует профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет .   

Уникальное свойство разработки политехников в том, что это так называемые «сухие» электроды. Они могут работать без гелевого интерфейса, обеспечивающего контакт с кожей. Возможность исключить использование геля – важное преимущество: гель вызывает аллергию примерно у 20% людей, высыхает. При высыхании геля происходит, например, потеря сигнала при долговременном мониторировании. Если эти сигналы используются для управления роботизированным протезом, пользователь просто не сможет его использовать. Именно из-за геля коммерчески доступные электроды требуют смены каждые 24 часа.

Немаловажно, что электроды на основе графена устойчивы, обладают механическими и электрическими характеристиками, необходимыми для встраивания в одежду.

«Сенсоры для «умной» одежды должны не только комфортно и надежно прилегать к телу, но и быть биологически интактны. Совокупность свойств этих электродов уникальна. Исследования на клеточных линиях показали высокую биосовместимость наших электродов. А испытания с участием добровольцев продемонстрировали возможность контактирования сенсоров с кожей не менее 48 часов», — рассказывает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Константин Бразовский .

Сейчас проект на завершающей стадии лабораторных тестов, за которыми следуют доклинические испытания. Ученые Томского политеха проводят их совместно с коллегами Сибирского государственного медицинского университета. В случае положительного результата проект выйдет на уровень доклинических и последующих клинических исследований для регистрации сенсоров как изделий медицинского назначения.