Fabrico de elétrodos de eletromiografia em substrato flexível

Abstract

A eletromiogfia de superfície (sEMG) é uma técnica não invasiva de medição da atividade elétrica dos músculos esqueléticos, que inspira o recente desenvolvimento de novas aplicações no campo do diagnóstico de pacientes, terapia de reabilitação, interface homemmáquina e controlo de próteses. Os elétrodos húmidos convencionais de Ag/AgCl são intensamente utilizados no mercado. No entanto, apresentam algumas limitações, tais como o facto de provocarem irritação cutânea, curta semi-vida do gel, tamanho relativamente grande e serem baseados em substratos rígidos. Estes fatores impedem a sua utilização para medições a longo prazo, de alta densidade e de músculos de pequenas dimensões. Neste contexto, os investigadores têm-se debruçado sobre novas alternativas que combinam materiais condutores com substratos de polímeros altamente flexíveis e biocompatíveis. Assim, este projeto apresenta a abordagem adotada na produção de elétrodos circulares de Cu/Au em substrato de parileno C, procedendo à sua validação através da comparação com os elétrodos convencionais. Além disso, é feito um estudo comparativo entre estes elétrodos a húmido e a seco. Os resultados foram promissores, obtendo-se elétrodos com espessuras de aproximadamente 9 μm, reutilizáveis, conformáveis com pele e com a possibilidade de serem utilizados a seco. Observou-se que o aumento da área do elétrodo de 3 mm para o de 15 mm implicou reduções de 56% e 78% de impedância, e aumentos de 13% e 22% na qualidade do sinal, para os elétrodos húmidos e secos, respetivamente. Assim, os elétrodos de 15mmapresentaram a melhor resposta com uma relação sinal-ruído (SNR) de (26,8 ± 2,0) dB a seco e de (27,8 ± 1,5) dB a húmido, sem diferença significativa relativamente ao convencional. A otimização dos elétrodos secos de Cu/Au de dimensões reduzidas (3 mm) foi realizada através do revestimento com PEDOT:PSS, obtendo-se uma diminuição de impedância em salina, a 100 Hz, de (1045 ± 14)Ωpara (304 ± 3)Ωe um SNR de (28,9 ± 2,7) dB.

Surface electromyography (sEMG) is a non-invasive technique for measuring the electrical activity of skeletal muscles that has recently inspired new applications in the field of patient diagnosis, rehabilitation therapy, human-machine interface, and prosthetic control. Conventional Ag/AgCl wet electrodes are extensively used in the market. However, they have some limitations such as causing skin irritation, short half-life of the gel, their relatively large size, and being based on rigid substrates. These factors preclude their long-term use, as well as high-density or thin muscle measurements. In this context, researchers have been looking at new alternatives that combine conductive materials with highly flexible polymeric substrates that are biocompatible. This project includes all the steps related to the elaboration of circular Cu/Au electrodes on parylene C substrate, pursue their validation through comparison with conventional wet electrodes. In addition, a comparative study was performed between these electrodes in both wet and dry states. The results were promising, obtaining electrodes with thicknesses of approximately 9 μm, reusable, highly conformable to the skin and with the possibility of being used dried state. It was observed that increasing the electrode area from 3 mm to 15 mm implied reductions of 56% and 78% in impedance, and increases of 13% and 22% in signal quality, for wet and dry electrodes, respectively. Thus, the 15 mm electrode showed the best response, with a signal-to-noise ratio (SNR) of (26.8 ± 2.0) dB dry and (27.8 ± 1.5) dB wet, with no significant difference compared to the conventional electrode. The optimization of the dry Cu/Au electrodes of reduced dimensions (3 mm) was carried out through the coating with PEDOT:PSS, obtaining a decrease in impedance in saline, at 100 Hz, from (1045 ± 14) Ω to (304 ± 3) Ω and a SNR of (28.9 ± 2.7) dB.