omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2026-198-122-129RVMSUOomna-416Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSКомбинированные датчики биологических сигналовCombined biosensorshttps://orcid.org/0000-0001-8263-0206КлыпинД. Н.KlypinD. N.

Клыпин Дмитрий Николаевич, старший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории «Микропроцессорные устройства» Научно-исследо­вательского института радиоэлектроники и прибо­ростроения    

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ): 681588

AuthorID (SCOPUS): 37111005000

ResearcherID: E-7467-2014

Klypin Dmitrii Nikolayevich, Senior Researcher, Research Laboratory “Microprocessor Devices”, Research Institute of Radioelectronics and Instrument Engineering      

Mira Ave., 11, Omsk, 644050

AuthorID (RSCI): 681588

AuthorID (SCOPUS): 37111005000

ResearcherID: E-7467-2014

lan@omgtu.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation20260707202602122129Copyright © Клыпин Д.Н., 20262026Клыпин Д.Н.Klypin D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/416

В статье представлена разработка конструкции чувствительных элементов многоразовых датчиков для одновременной регистрации параметров жизненно важных систем организма человека и экспериментальная проверка технических характеристик макетных образцов.

При разработке конструкции датчиков использовались методы проектирования и изготовления многослойных печатных плат, 3D-моделирование конструкции датчиков и их сопряжения с существующими решениями. При моделировании зависимости характеристик датчиков от изменений температуры и концентрации измеряемых веществ использовались вычислительные методы. Более того, была проведена экспериментальная апробация опытной партии датчиков.

В исследовании предложены технические решения по конструкции датчиков одновременной регистрации нескольких параметров организма человека для использования при длительном мониторинге состояния жизненно важных систем организма человека — многоразовые комбинированные электроды «ЭКГ-температура» и «ЭКГ-метаболизм». Для изготовления датчиков используются технологические возможности производства стандартных печатных плат, за счет чего достигается высокая технологичность изготовления и низкая стоимость датчиков.

Датчики могут применяться как для кратковременного контроля состояния пациента при проведении функциональных и фармакологических проб, так и для длительной регистрации параметров в составе носимых многоканальных систем мониторинга организма человека.

The article presents the development of the design of sensitive elements of reusable sensors for simultaneous registration of parameters of vital systems of the human body and experimental verification of the technical features of prototype samples.

The author uses methods of designing and manufacturing multilayer printed circuit boards, 3D modeling of the sensors design and their interface with existing solutions. Computational methods are also applied to the dependence model of sensor features on changes in temperature and concentration of the measured substances. Moreover, an experimental approbation of an experimental batch of sensors is carried out.

The research suggests technical solutions for the design of sensors for simultaneous registration of several parameters of the human body in long-term monitoring of vital systems of the human body such as reusable combined electrodes "ECG temperature" and "ECG metabolism". Technological capabilities of the production of standard printed circuit boards are used for the manufacture of sensors, due to which the high manufacturability and low cost of sensors are achieved.

Sensors can be used both for short-term monitoring of a patients’ condition during functional and pharmacological tests and for long-term recording of parameters as part of wearable multi-channel human body monitoring systems.

электродмониторингэлектрокардиограмматемператураметаболизмглю­ козалактатыbiosensormonitoringelectrocardiogramtemperaturemetabolismglucoselactateReferencesТычков А. Ю., Бутров Н. А., Алимурадов А. К., Назарычев А. П. Многоканальная система мониторинга основных показателей здоровья человека // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2021. № 2. С. 3–14. https://doi.org/10.21685/2072-3059-2021-2-1.Tychkov A. Yu., Butrov N. A., Alimuradov A. K., Nazarychev A. P. Multichannel system for monitoring the main indicators of human health. University Proceedings. Volga Region. Engineering Sciences. 2021;2:3–14. https://doi.org/10.21685/2072-3059-2021-2-1. (In Russ.).Yuldashev Z. M. A Remote System for Monitoring the State of Health of People with Chronic Diseases and Predicting Periods of Exacerbation. Biomedical Engineering. 2023;5(56):294–297. https://doi.org/10.1007/s10527-023-10222-w. EDN: AAYZRR.Yuldashev Z. M. A Remote System for Monitoring the State of Health of People with Chronic Diseases and Predicting Periods of Exacerbation. Biomedical Engineering. 2023;5(56):294–297. https://doi.org/10.1007/s10527-023-10222-w. EDN: AAYZRR.Yang H. Wearable flexible temperature sensors and their applications. Highlights in Science, Engineering and Technology. 2024;102:124–128.Yang H. Wearable flexible temperature sensors and their applications. Highlights in Science, Engineering and Technology. 2024;102:124–128.Момыналиев К. Т., Прокопьев М. В., Иванов И. В. Обзор современных датчиков для непрерывного мониторирования уровня глюкозы // Сахарный диабет. 2023. Т. 26, №. 6. С. 575–584. https://doi.org/10.14341/DM13043. EDN: DFUNWV.Momynaliev K. T., Prokopiev M. V., Ivanov I. V. Overview of modern sensors for continuous glucose monitoring. Diabetes Mellitus. 2023;26(6):575–584. https://doi.org/10.14341/DM13043. EDN: DFUNWV. (In Russ.).Вохмянина Д. В., Карякина Е. Е., Андреев Е. А., Карякин А. А. Мультибиосенсор на основе берлинской лазури для одновременного определения глюкозы и лактата в тонкослойной проточно-инжекционной системе // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2018. Т. 59, № 5. С. 337–344. EDN: XPURNZ.Vokhmyanina D. V., Karyakina E. E., Andreev E. A., Karyakin A. A. Thin-film prussian blue based multibiosensor for glucose and lactate simultaneous determination. Vestnik MSU. Chemistry Series. 2018;59(5):337–344. EDN: XPURNZ. (In Russ.).Bakker J., Nijsten M. W., Jansen T. C. Clinical use of lactate monitoring in critically ill patients. Annals of Intensive Care. 2013;3(1):12. https://doi.org/10.1186/2110-5820-3-12.Bakker J., Nijsten M. W., Jansen T. C. Clinical use of lactate monitoring in critically ill patients. Annals of Intensive Care. 2013;3(1):12. https://doi.org/10.1186/2110-5820-3-12.Luo T. T., Sun Zh., Li C. [et al.]. Monitor for lactate in perspiration. The Journal of Physiological Sciences. 2021;71:26. https://doi.org/10.1186/s12576-021-00811-3.Luo T. T., Sun Zh., Li C. [et al.]. Monitor for lactate in perspiration. The Journal of Physiological Sciences. 2021;71:26. https://doi.org/10.1186/s12576-021-00811-3.Bandodkar A. J., Wang J. Non-invasive wearable electrochemical sensors: A review. Trends in Biotechnology. 2014;32(7):363–371. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2014.04.005.Bandodkar A. J., Wang J. Non-invasive wearable electrochemical sensors: A review. Trends in Biotechnology. 2014;32(7):363–371. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2014.04.005.Legner C., Kalwa U., Patel V. [et al.]. Sweat sensing in the smart wearables era: Towards integrative, multifunctional and body-compliant perspiration analysis. Sensors and Actuators A: Physical. 2019;296:200–221. 296. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.07.020.Legner C., Kalwa U., Patel V. [et al.]. Sweat sensing in the smart wearables era: Towards integrative, multifunctional and body-compliant perspiration analysis. Sensors and Actuators A: Physical. 2019;296:200–221. 296. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.07.020.Bariya M., Nyein H. Y. Y., Javey A. Wearable sweat sensors. Nature Electronics. 2018;1(3):160–171. https://doi.org/10.1038/s41928-018-0043-y.Bariya M., Nyein H. Y. Y., Javey A. Wearable sweat sensors. Nature Electronics. 2018;1(3):160–171. https://doi.org/10.1038/s41928-018-0043-y.Komkova M. A., Eliseev A. A., Poyarkov A. A. [et al.]. Simultaneous monitoring of sweat lactate content and sweat secretion rate by wearable remote biosensors. Biosensors and Bioelectronics. 2022;202:113970. https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.113970.Komkova M. A., Eliseev A. A., Poyarkov A. A. [et al.]. Simultaneous monitoring of sweat lactate content and sweat secretion rate by wearable remote biosensors. Biosensors and Bioelectronics. 2022;202:113970. https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.113970.Yang G., Hong J., Park S-B. Wearable device for continuous sweat lactate monitoring in sports: A narrative review. Frontiers in Physiology. 2024;15:1376801. https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1376801.Yang G., Hong J., Park S-B. Wearable device for continuous sweat lactate monitoring in sports: A narrative review. Frontiers in Physiology. 2024;15:1376801. https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1376801.Shitanda I., Ozone Yu., Morishita Yu. [et al.]. Airbubble-insensitive microfluidic lactate biosensor for continuous monitoring of lactate in sweat. ACS Sensors. 2023;8(6):2368–2374. https://doi.org/10.1021/acssensors.3c00490.Shitanda I., Ozone Yu., Morishita Yu. [et al.]. Airbubble-insensitive microfluidic lactate biosensor for continuous monitoring of lactate in sweat. ACS Sensors. 2023;8(6):2368–2374. https://doi.org/10.1021/acssensors.3c00490.Hart J. P., Crew A., Crouch E. [et al.]. Some recent designs and developments of screen-printed carbon electrochemical sensors/biosensors for biomedical, environmental, and Industrial analyses. Analytical Letters. 2004;37:789–830. https://doi.org/10.1081/AL-120030682.Hart J. P., Crew A., Crouch E. [et al.]. Some recent designs and developments of screen-printed carbon electrochemical sensors/biosensors for biomedical, environmental, and Industrial analyses. Analytical Letters. 2004;37:789–830. https://doi.org/10.1081/AL-120030682.Gryaznova M. I., Lugvishchuk D. S., Gryaznov K. O. [et al.]. Screen-printing of electrical sensor for glucose determination with exfoliated graphite-based paste. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2023;8(2):111–119. https://doi.org/10.17277/jamt.2023.02.pp.111-119.Gryaznova M. I., Lugvishchuk D. S., Gryaznov K. O. [et al.]. Screen-printing of electrical sensor for glucose determination with exfoliated graphite-based paste. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2023;8(2):111–119. https://doi.org/10.17277/jamt.2023.02.pp.111-119.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.