پیشرفت فناوری در حوزه فناوری پوشیدنی باعث شده است پژوهشگران به دنبال توسعه الکترودهایی باشند که علاوه بر رسانایی بالا، در شرایط سخت نیز عملکرد پایداری داشته باشند. در همین راستا، محققان ژاپنی موفق به طراحی الکترود پایه پلی یورتان شده اند که حتی در دماهای بسیار بالا و هنگام تعریق شدید نیز قادر به پایش سیگنال های زیستی است.
این دستاورد می تواند مسیر توسعه تجهیزات پزشکی و حسگرهای پوشیدنی نسل آینده را هموار کرده و محدودیت های الکترودهای متداول را تا حد زیادی برطرف کند. در ادامه این مطلب از شرکت کمیسان به مقاومت الکترود نانوالیاف پایه پلی یورتان، ویژگی ها و کاربردهای آن می پردازیم.
نقش پلی یورتان در تولید الکترودهای نانوالیاف
پژوهشگران از دانشگاه توکیو نوعی الکترود پایه پلی یورتان را توسعه داده اند که از شبکه ای از نانوالیاف پلی یورتان و نسخه ای بهبود یافته از پلیمر رسانای PEDOT ساخته شده است. این ساختار به صورت یک ورق بسیار نازک و رسانا طراحی شده که بدون نیاز به چسب های اضافی، به پوست متصل می شود.
پلی یورتان در این ساختار تنها نقش یک پایه نگهدارنده را ندارد، بلکه به دلیل انعطاف پذیری بالا و قابلیت تولید شبکه های نانوالیافی، بستر مناسبی برای ایجاد الکترودهای پیشرفته فراهم می کند. همین ویژگی ها باعث شده است استفاده از پلی یورتان در تجهیزات الکترونیک پوشیدنی طی سال های اخیر رشد قابل توجهی داشته باشد.
📚 بیشتر بخوانید…
کاربرد پلیمر در پزشکی
ویژگی های الکترود نانوالیاف پایه پلی یورتان
مهم ترین ویژگی این الکترود رسانای انعطاف پذیر است که کل ساختار نانوالیافی خاصیت هدایت الکتریکی دارد و رسانایی تنها به یک لایه سطحی محدود نمی شود. این موضوع علاوه بر افزایش دوام، باعث حفظ عملکرد الکترود هنگام خم شدن یا حرکت بدن می شود.
چسبندگی و تنفس پذیری الکترود نانوالیاف
از دیگر ویژگی های مهم این الکترود، خاصیت چسبندگی آن است. این قابلیت باعث می شود بدون استفاده از چسب های جانبی، اتصال مناسبی با پوست برقرار شود.
علاوه بر این، ساختار نانوالیافی امکان عبور هوا را فراهم کرده و از تجمع رطوبت روی پوست جلوگیری می کند. این ویژگی، راحتی استفاده در بازه های زمانی طولانی را افزایش داده و احتمال ایجاد حساسیت پوستی را کاهش می دهد.
رسانایی الکترود نانوالیاف در شرایط سخت
این الکترود دارای مقاومت ورقهای بین ۲ تا ۴ کیلو اهم بر مربع است؛ مقداری که در کنار انعطاف پذیری و عبور هوا، عملکرد مناسبی را برای ثبت پایش سیگنال های زیستی فراهم می کند.
وجود پلیمر رسانای PEDOT در کنار پلی یورتان باعث شده است الکترود رسانای انعطاف پذیر بتواند حتی در شرایط سخت نیز هدایت الکتریکی خود را حفظ کند.
پایداری الکترود نانوالیاف در استفاده طولانی مدت
بر اساس نتایج این تحقیق، الکترود تولید شده توانسته است تا حدود سه هفته در معرض هوا بدون افت قابل توجه باقی بماند. این پایداری می تواند استفاده از این فناوری را برای کاربردهای پزشکی و پایش مستمر بیماران آسان تر کند.
مقاومت الکترود نانوالیاف در برابر دمای بالای سونا
یکی از مهم ترین دستاوردهای این پژوهش، بررسی مقاومت الکترود نانوالیاف در محیط سونا بود. آزمایش ها نشان دادند این الکترود حتی در دماهای بالاتر از ۹۰ درجه سانتی گراد نیز عملکرد خود را حفظ می کند.
عملکرد الکترود نانوالیاف در شرایط تعریق شدید
تعریق زیاد یکی از مهم ترین چالش های تجهیزات پوشیدنی محسوب می شود، زیرا بسیاری از الکترودهای رایج در این شرایط کیفیت ثبت سیگنال را از دست می دهند.
الکترود مقاوم در برابر تعریق توانست حتی هنگام تعریق شدید نیز سیگنال های الکتروکاردیوگرام (ECG) را با موفقیت ثبت کند. این عملکرد نشان می دهد ساختار طراحی شده برای پایش سیگنال های زیستی در شرایط واقعی و فعالیت های روزمره نیز مناسب خواهد بود.
تفاوت الکترود نانوالیاف با الکترودهای خشک متداول
الکترودهای خشک رایج معمولا از یک لایه رسانا روی بستری عایق تشکیل می شوند. این طراحی علاوه بر کاهش راحتی کاربر، گاهی مانع تماس کامل الکترود با پوست می شود و برای اتصال تجهیزات نیز به سیمکشی های اضافی نیاز دارد.
در مقابل، نانوالیاف پلی یورتان در این پژوهش به گونه ای طراحی شده اند که کل ساختار دارای رسانایی باشد. این تفاوت موجب افزایش انعطاف، راحتی بیشتر و حفظ کیفیت ثبت سیگنال هنگام حرکت بدن می شود.
📚 بیشتر بخوانید…
کاربرد الکترود نانوالیاف در تجهیزات پوشیدنی
این فناوری می تواند کاربردهای گسترده ای در توسعه حسگر پوشیدنی و تجهیزات پزشکی انعطاف پذیر داشته باشد. استفاده از الکترود پایه پلی یورتان در سامانه های پایش سلامت، امکان ثبت دقیق تر سیگنال های قلب و سایر داده های فیزیولوژیکی را فراهم می کند.
از مهم ترین کاربردهای این فناوری می توان به ثبت مداوم سیگنال های قلب، پایش سیگنال های زیستی بیماران، تجهیزات پزشکی قابل حمل، سامانه های پایش سلامت ورزشکاران و نسل جدید محصولات الکترونیک پوشیدنی اشاره کرد.
آینده الکترودهای نانوالیاف در فناوری پزشکی
پژوهشگران معتقدند ترکیب پلیمر رسانای PEDOT با پلی یورتان ظرفیت بالایی برای توسعه نسل آینده تجهیزات پزشکی دارد. مطالعات اخیر نیز نشان داده اند که این نوع مواد می توانند در تولید الکترودهای کشسان، شفاف، خودترمیم شونده و حتی قابل بازیافت مورد استفاده قرار بگیرند.
با ادامه این تحقیقات، انتظار می رود الکترود نانوالیاف پایه پلی یورتان نقش مهمی در توسعه تجهیزات پزشکی هوشمند، سامانه های الکترونیک پوشیدنی و فناوری پیشرفته پایش سیگنال های زیستی ایفا کنند. این دستاورد می تواند زمینه را برای تولید حسگرهای پوشیدنی با دوام بیشتر، راحتی بالاتر و عملکرد قابل اعتماد در شرایط محیطی دشوار فراهم کند.
سوالات متداول
پلییورتان به دلیل انعطاف پذیری بالا و قابلیت تشکیل شبکه های نانوالیافی، بستر اصلی این الکترود را تشکیل می دهد. این ویژگی ها باعث می شوند الکترود علاوه بر رسانایی مناسب، قابلیت چسبندگی به پوست و عبور هوا را نیز داشته باشد.
الکترودهای خشک رایج معمولا از یک لایه رسانا روی بستری عایق تشکیل میشوند. در مقابل، نانوالیاف پلی یورتان در این پژوهش به گونه ای طراحی شده اند که کل ساختار دارای رسانایی باشد.
بله، این الکترود توانسته است در محیط سونا و در دماهای بالاتر از ۹۰ درجه سانتی گراد نیز عملکرد مناسبی داشته باشد و سیگنال های زیستی را بدون افت محسوس کیفیت ثبت کند.
