Добавить новость
smi24.net
News in English
Июль
2024

Flexible and Durable Bioelectrodes: The Future of Healthcare Wearables The proposed bioelectrode can lead to comfortable and long-lasting wearables for healthcare and fitness applications

0

Combining single-wall carbon nanotubes and poly(styrene-b-butadiene-b-styrene) nanosheets, researchers from Tokyo Tech have developed a novel bioelectrode material for wearable devices. This innovative material is stretchable, permeable to humidity, and conforms closely to the skin, making it ideal for prolonged use. This development addresses critical limitations of current bioelectrode materials, promising more comfortable and effective wearables for healthcare and fitness applications.

The use of wearable electronics that continuously monitor biosignals has transformed the healthcare and fitness industries. These devices are becoming increasingly common and are projected to reach a market valuation of approximately USD 572.06 billion by 2033. With this rapid growth, there is an escalating demand for high-quality bioelectrodes capable of accurately recording biosignals over extended periods. However, many of the materials currently used for bioelectrodes, such as metals, conductive polymers, and hydrogels, have limitations. They often lack the flexibility to stretch the skin without breaking and have low humidity permeability, leading to sweat buildup and discomfort.

To address these limitations, in a study published in the journal NPG Asia Materials on 20 June 2024, a research team led by Assistant Professor Tatsuhiro Horii and Associate Professor Toshinori Fujie from Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) has developed a bioelectrode material that is stretchable and permeable to humidity and conforms closely to the skin. This innovative material is composed of layers of conductive fibrous networks consisting of single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) on a stretchable poly(styrene-b-butadiene-b-styrene) (SBS) nanosheet. The nanosheet conforms tightly to the skin, allowing for precise biosignal measurements, while the carbon nanotube fibers maintain the material's stretchability and humidity permeability.

"Self-supporting electrodes that are stretchable, permeable to humidity, and conformable to skin surface bumps are required to allow for the natural deformation of skin without restricting body movements," says Horii.

The researchers applied SWCNTs as aqueous dispersions onto SBS nanosheets, creating multiple layers reaching a thickness of only 431 nm. Each coating of SWCNTs increased the density and thickness of the fibers, modifying the bioelectrode's characteristics. While adding more SWCNT layers increased nanosheet stiffness (from an initial 48.5 MPa elastic modulus to 60.8 MPa for a single layer and 104.2 MPa for five layers), the bioelectrode maintained impressive flexibility. Pristine SBS nanosheets and those with one or three layers of SWCNTs (SWCNT 3rd-SBS) stretched elastically by 380% of their original length before permanent deformation. This flexibility surpasses metal electrodes like gold, which have Young's moduli in the several-hundred-GPa range and can only stretch less than 30% of their original length before breaking.

Another crucial requirement for bioelectrodes is high water vapor permeability to prevent sweat buildup during exercise. Adding SWCNTs is beneficial as its fibrous network structure improves breathability compared to continuous films. In experiments measuring water vapor transmission rate (WVTR), researchers found that SWCNT 3rd-SBS exhibited a WVTR of 28,316 g m-2 (2 h)-1, which is twice that of normal skin.

The bioelectrode material is also highly resilient for extended use. To test the material's durability, the researchers immersed the bioelectrodes in artificial sweat and subjected them to repeated bending, measuring the change in resistance. In these tests, they found that the resistance increased negligibly, by only 1.1 times in sweat and by 1.3 times over 300 cycles of bending. Furthermore, the SWCNT 3rd-SBS nanosheets showed little to no detachment after being rubbed ten times, indicating its suitability for prolonged use.

To assess its real-world performance, the researchers compared an SBS nanosheet with three layers of SWCNT to commercially available bioelectrode materials such as Ag/AgCl gel electrodes. The bioelectrodes were attached to the forearm, and surface electromyography (sEMG) measurements were taken during gripping motions. In this experiment, the performance of the SWCNT-SBS nanosheet was comparable to that of commercial Ag/AgCl gel electrodes, achieving similar signal-to-noise ratios of 24.6 dB and 33.3 dB, respectively.

"We obtained skin-conformable bioelectrodes with high water vapor permeabilities, which showed comparable performance in sEMG measurements to those of conventional electrodes," concludes Fujie, highlighting the material's promising capabilities for healthcare wearables.

Reference

Authors :
Tatsuhiro Horii1, Kai Yamashita1, Marimo Ito1, Kei Okada1, and Toshinori Fujie1,2*
Title :
Ultrathin skin-conformable electrodes with high water vapor permeability and stretchability characteristics composed of single-walled carbon nanotube networks assembled on elastomeric films
Journal :
NPG Asia Materials
DOI :
Affiliations :

1 School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology, Japan

2 Research Center for Autonomous Systems Materialogy (ASMat), Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology, Japan

* Corresponding author's email: t_fujie@bio.titech.ac.jp

School of Life Science and Technology
—Unravel the Complex and Diverse Phenomena of Life—

Information on School of Life Science and Technology inaugurated in April 2016

School of Life Science and Technology

Schools, Departments, and Institute for Liberal Arts

Further Information

Assistant Professor Tatsuhiro Horii

School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology

Email horii.t.ad@m.titech.ac.jp

Associate Professor Toshinori Fujie

School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology

Email t_fujie@bio.titech.ac.jp

Contact

Public Relations Division, Tokyo Institute of Technology

Email media@jim.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2975








Кабинет Артиста.

Онколог Агаев: тяга пациента к жизни позволила провести гемикорпорэктомию

Забайкальский филиал "ЛокоТех-Сервис" показал уверенный рост в первом полугодии

Что важно знать о поступлении в садик на Пресне: советы родителям


Is eBay actually sexy again as the ecommerce old-timer’s stock surges to an all-time high?

All the news from Nintendo’s July 2025 Direct showcase

The surprising reason fewer people are dying from extreme weather

Nvidia’s Jensen Huang hauled before China’s cyber cops to explain ‘backdoor safety risks’ in H20 chips


Стали известны характеристики нового российского кроссовера Tenet T8

Куряне стали лауреатами Всероссийского конкурса «Большая перемена»

После схода селя в Кабардино-Балкарии эвакуировали более 300 человек

Anthropic обошла OpenAI и стала лидером среди ИИ-моделей для бизнеса


«Деньги не пахнут»: Как Blox World наживается на доверии игроков Roblox

Color Maze Adventure 2.0.0

Разработчики The Seven Deadly Sins: Origin ответили на частые вопросы игроков

OpenAI just raised another $8.3 billon in a funding round that values it at an unbelievable $300B, surpassing AMD, Coca-Cola, and General Electric



Кабинет Артиста.

Москва превратится в Таиланд. Климатолог Клименко сделал прогноз на 10 лет

Алгоритмы Яндекс Музыки. Алгоритмы продвижения в Яндекс Музыка.

Карпин о «Динамо»: «У нас нехватка кадров, так скажем. Говорить про “довольны”, “недовольны” — мне надо командой заниматься. А трансферная кампания — прерогатива клуба. Кто&nbs


Сахар на вес золота: как изобретение инсулина изменило медицину

Норвегия перед выборами: Коллективная вонь русофобии и региональный упадок

Тульский "Арсенал" одержал первую победу в новом сезоне Первой лиги

Гаражную амнистию могут продлить в России


Синоптик Шувалов: экстремальная погода в Центральной России участилась

Норвегия перед выборами: Коллективная вонь русофобии и региональный упадок

Александр Коц: ВЕЧЕРНИЙ ЗВОН:. праздник уходящего дня

Кедми – о провале Трампа: Надавить на БРИКС не вышло. "Страшные" тарифы оказались выстрелом в молоко


Вероника Кудерметова проиграла второй ракетке мира Гаффу

Рахимова уступила Свитолиной во втором круге турнира WTA в Монреале

Российский теннисист Андрей Рублёв пробился в 1/8 финала турнира в Торонто, с которого ранее вылетел Даниил Медведев

Хачанов обыграл Рууда и вышел в 1/4 финала турнира в Торонто


Норвегия перед выборами: Коллективная вонь русофобии и региональный упадок

Кедми – о провале Трампа: Надавить на БРИКС не вышло. "Страшные" тарифы оказались выстрелом в молоко

Тульский "Арсенал" одержал первую победу в новом сезоне Первой лиги

Киберразведка по-русски: как развивается отечественный Threat Intelligence


Музыкальные новости

Хакерская атака на «Аэрофлот», землетрясение на Камчатке и новые торговые пошлины Трампа // Чем запомнилась неделя 28 июля — 1 августа: цитаты, цифры и факты

«Дорога без Начала и Конца...»: жизнеутверждающая песня из фильма «Никколо Паганини»

Шоу-бизнес: Джигурда был с ней 11 лет, Митяев ушел к ней из семьи: Как живет Марина Есипенко в свои 60

Пытается спасти свой брак: стало известно о неожиданном решении Джастина Бибера


Карпин о «Динамо»: «У нас нехватка кадров, так скажем. Говорить про “довольны”, “недовольны” — мне надо командой заниматься. А трансферная кампания — прерогатива клуба. Кто&nbs

Сахар на вес золота: как изобретение инсулина изменило медицину

Алгоритмы Яндекс Музыки. Алгоритмы продвижения в Яндекс Музыка.

Москва лидирует по числу миллионеров: 28 тысяч получают свыше 1 млн рублей


«Зенит» — ЦСКА, «Акрон» — «Спартак» и еще два матча продолжат третий тур РПЛ

"Роскосмос" опубликовал видео с циклоном, вызвавшим грозу в Москве

Путин поручил оптимизировать строительство высокоскоростной магистрали Москва — Петербург

Россия не одна. Против коллективного Запада встают другие страны: Пока заочно


ДТП на юго-востоке Москвы: пострадали четыре человека, включая пешеходов

Автопробег в Финляндии поддержал инициативу открытия границы с Россией

Собянин: Открыт пешеходный переход через МЦД-2 между Щербинкой и Остафьевом

Шесть человек пострадали в крупной аварии на Волгоградском проспекте в Москве


Путин заявил о высокой популярности скоростных железных дорог среди россиян

Путин рассказал о развитии железнодорожной отрасли России

Путин отметил, что железнодорожники успешно обеспечивают снабжение вооруженных сил

Путин анонсировал скоростную трассу Москва-Петербург к 2028 году


Руководитель РФПИ охарактеризовал переписку фон дер Ляйен с Pfizer как позорный инцидент

Исследование показывает зависимость между темпами развития COVID-19 и уровнем смертности



Ученые выяснили, какие болезни погубили войска Наполеона в 1812 году

Сахар на вес золота: как изобретение инсулина изменило медицину

«Такие жирные». У мужчины обнаружили страшное заболевание из-за ресторанов

Букин поделился причинами, почему он не придерживается диеты


В Киеве показательно вскрыли «гнездо» коррупции: Зеленский устроил целый политический театр


Карпин о «Динамо»: «У нас нехватка кадров, так скажем. Говорить про “довольны”, “недовольны” — мне надо командой заниматься. А трансферная кампания — прерогатива клуба. Кто&nbs

Спорткар на воде: сборная Тульская области по гребле выступила на мини-Олимпиаде

Теннисистка Ярослава Барташевич: Спорт полностью меняет характер

Спелеолог Алексей Акимов: По годовым кольцам сталактитов можно узнать прошлое Земли



Собянин: Количество цветников в Москве с 2010 года увеличено почти в 2,5 раза

Сергей Собянин открыл просторный переход между станциями Щербинка и Остафьево

Сергей Собянин. Главное за день

Собянин: Открыт пешеходный переход через МЦД-2 между Щербинкой и Остафьевом


В Грозном планируют возвести предприятие по переработке отходов

Московский зоопарк ищет неродственную "невесту" для манула Тимоши

Конец истории: тополиный пух может навсегда исчезнуть из Москвы

Ликсутов сообщил об открытии велопроката на территории ОЭЗ «Технополис Москва»


Тульский "Арсенал" одержал первую победу в новом сезоне Первой лиги

Экстремальные погодные явления в Центральной России участились на 18%

Футболисты «Машука-КМВ» в Пятигорске сыграли вничью с гостями из Москвы

Киберразведка по-русски: как развивается отечественный Threat Intelligence


Аномальная жара: До +41 °С в Чечне и Ингушетии, +30 °С в Карелии и Архангельске

В администрации муниципального образования «Городской округ «Город Нарьян-Мар» выявлены нарушения законодательства о противодействии коррупции

Бизнесмен из Подмосковья пытался испортить деньгами честного нарьянмарца

Институт развития Интернета поддержал мультимедийный просветительский проект холдинга «ЕвроМедиа» о героях и событиях, которые сформировали образ Русского Севера и продолжают вдохновлять поколения


Цены на новостройки в июле 2025 года: Севастополь лидирует, Симферополь чуть отстаёт

В пути следования задерживаются поезда «Таврия», сообщили в пресс-службе компании-перевозчика "Гранд Сервис Экспресс"

Задержка поездов в Крым и из Крыма – актуальные данные

Крыму и еще 27 регионам списали долги по бюджетным кредитам на 58 млрд


Туристка из Йошкар-Олы погибла в Дербенте от ветки старого платана у Джума-мечети

Экстремальные погодные явления в Центральной России участились на 18%

Кедми – о провале Трампа: Надавить на БРИКС не вышло. "Страшные" тарифы оказались выстрелом в молоко

Норвегия перед выборами: Коллективная вонь русофобии и региональный упадок














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *