Ученые ЛЭТИ разработали 3D-печатные микроиглы-электроды

Технология заменяет громоздкие плоские датчики, используемые в электрокардиографии и фитнес-мониторинге, и позволяет комплексно оценивать состояние организма.

Современная медицина и системы мониторинга здоровья активно используют электрофизиологические методы — от снятия электрокардиограмм до анализа биоэлектрической активности мозга. Стандартные плоские кожные электроды имеют существенные ограничения: они требуют большой площади контакта, а их показания могут искажаться из-за высокого сопротивления кожи. Это снижает точность диагностики и комфорт при длительном ношении.

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» предложили альтернативу — электроды на основе микроигл длиной менее двух миллиметров. Такие иглы минимально инвазивно проникают через роговой слой кожи, обладающий наибольшим сопротивлением, и обеспечивают более точную передачу сигнала.

«Микроигольчатые электроды, особенно изготовленные современными методами аддитивных технологий, являются перспективной заменой традиционным решениям. Мы доказали, что они обеспечивают идентичную точность измерения импеданса, но требуют в разы меньшей площади контакта с кожей и дают более чистый сигнал, минуя барьер рогового слоя», — рассказал младший научный сотрудник Института силовой электроники и фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Степан Парфенович.

Ученые изготовили и сравнили три типа электродов — традиционные плоские, из сплошных металлических микроигл и на основе металлизированных полимерных микроигл, полученных методом 3D-печати. Испытания проводили с использованием имитаторов кожного покрова и прецизионного измерителя импеданса — прибора, который в широком диапазоне частот определяет электрическое сопротивление тканей, позволяя объективно сравнивать эффективность различных сенсоров.

Наилучшие характеристики продемонстрировали массивы из двадцати пяти металлизированных полимерных микроигл: их показания практически совпадали с данными стандартных плоских электродов с токосъемной площадью 144 мм^2, при этом суммарная площадь поверхности игл была в 3,7 раза меньше.

Разработанная технология открывает путь к созданию удобных носимых патчей для длительного мониторинга ЭКГ в стационарных и амбулаторных условиях, а также компактных фитнес-трекеров нового уровня, способных комплексно оценивать состояние организма во время тренировок — пульс, мышечную активность, гидратацию, биоимпеданс.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Медицинская техника».