Комбинированные датчики биологических сигналов

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.

1. Тычков 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.

2. 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.

3. Yang H. Wearable flexible temperature sensors and their applications. Highlights in Science, Engineering and Technology. 2024;102:124–128.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.