Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 5 » Статья стр. 958
<<<>>>
Лазерно-индуцированные сухие электроды на основе углеродных нанотрубок и графена для регистрации ЭКГ
Российский научный фонд, Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами, 25-29-00938
Куксин А.В. 1, Морозова А.С.1, Василевская Ю.О.2, Герасименко А.Ю.1,3
1Институт биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники", Москва, Зеленоград, Россия
2"Научно-производственный комплекс "Технологический центр", Москва, Зеленоград, Россия
3Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), Москва, Россия
Email: artemkuks1n@yandex.ru, gerasimenko@bms.zone
Поступила в редакцию: 16 января 2026 г.
В окончательной редакции: 16 января 2026 г.
Принята к печати: 16 января 2026 г.
Выставление онлайн: 2 апреля 2026 г.
PDF версия
Разработаны сухие электроды для длительного мониторинга ЭКГ на основе композитов гибридных наноструктур из одностенных углеродных нанотрубок и чешуек восстановленного оксида графена в матрице полидиметилсилоксана, сформированные под действием лазерной обработки. Разработана методика формирования жидкой дисперсии для равномерной гомогенизации углеродных наноматериалов в объеме композита. Установлено, что воздействие на композит лазерного излучения с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне и интенсивностью 15 kW/cm2 приводит к 13-кратному снижению сопротивления до (8±2) kΩ вследствие формирования гибридных наноструктур нанотрубки/оксид графена. Получено, что формирование проводящих сетей в матрице полидиметилсилоксана привело к увеличению плотности дефектов благодаря образованию связей между углеродными наноматериалами. Исследование влияния механического давления на импеданс сформированных электродов показало, что увеличение давления (0-12 kPa) приводит к снижению импеданса во всем частотном диапазоне 10-500 Hz. Электроды на основе композита продемонстрировали высокую стабильность импедансно-частотной зависимости в том же частотном диапазоне при длительном контакте (7 дней) с суспензией, моделирующей пот человека, по сравнению с традиционными Ag/AgCl-электродами. Кроме того, высокая стабильность электродов из композита подтверждена 7-дневной регистрацией изменения импеданса при их накожном размещении. При измерениях ЭКГ установлено, что качество сигнала, регистрируемого электродами на основе композита, было сопоставимо с сигналом от электродов Ag/AgCl, при этом амплитуды основных пиков были более выраженными. Ключевые слова: углеродные нанотрубки, восстановленный оксид графена, гибридные наноструктуры, лазерная обработка, электроды, электрокардиограмма, полидиметилсилоксан, клетки.
  1. R. Ramalingame, A. Lakshmanan, F. Muller, U. Thomas, O. Kanoun. J. Sensors Sens. Syst., 8, 87 (2019). DOI: 10.5194/jsss-8-87-2019
  2. J. Chen, V.-T. Tran, H. Du, J. Wang, C. Chen. Micromachines, 12, 504 (2021). DOI: 10.3390/mi12050504
  3. G. Wang, J. Liu, K. Chen, R. Pathak, A. Gurung, Q. Qiao. J. Colloid Interface Sci., 555, 180 (2019). DOI: 10.1016/j.jcis.2019.07.084
  4. I. Jeon, Y. Matsuo, S. Maruyama. Top. Curr. Chem., 376, 4 (2018). DOI: 10.1007/s41061-017-0181-0
  5. X. Wu, L. Xie, K. Lin, J. Lu, K. Wang, W. Feng, B. Fan, P. Yin, Z. Wei. J. Mater. Chem. A, 7, 12236 (2019). DOI: 10.1039/C9TA02014D
  6. N. Putra, S. Rawi, M. Amin, E. Kusrini, E.A. Kosasih, T.M. Indra Mahlia. J. Energy Storage, 21, 32 (2019). DOI: 10.1016/j.est.2018.11.007
  7. H. Yan, X. Xue, Y. Fu, X. Wu, J. Dong. Ceram. Int., 46, 9729 (2020). DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.12.241
  8. Y. Wang, H. Wei, H. Lv, Z. Chen, J. Zhang, X. Yan, L. Lee, Z.M. Wang, Y.-L. Chueh. ACS Nano, 13, 11235 (2019). DOI: 10.1021/acsnano.9b04282
  9. L. Sun, X. Wang, Y. Wang, Q. Zhang. Carbon N.Y., 122, 462 (2017). DOI: 10.1016/j.carbon.2017.07.006
  10. J.R. Miller, R.A. Outlaw, B.C. Holloway. Science, 329 (5999), 1637 (2010). DOI: 10.1126/science.1194372
  11. J. Hong, S.-J. Park, S. Kim. Electrochim. Acta, 311, 62 (2019). DOI: 10.1016/j.electacta.2019.04.121
  12. Y. Hao, S. Wang, Y. Shao, Y. Wu, S. Miao. Adv. Energy Mater., 10, 1902836 (2020). DOI: 10.1002/aenm.201902836
  13. Y. Wang, X. Gao, Y. Fu, X. Wu, Q. Wang, W. Zhang, C. Luo. Compos. Part B Eng., 169, 221 (2019). DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.04.008
  14. X. Yang, S. Fan, Y. Li, Y. Guo, Y. Li, K. Ruan, S. Zhang, J. Zhang, J. Kong, J. Gu. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 128, 105670 (2020). DOI: 10.1016/j.compositesa.2019.105670
  15. A. Farmani, A. Mir. IEEE Photon. Technol. Lett., 31, 643 (2019). DOI: 10.1109/LPT.2019.2904618
  16. P.O. Patil, G.R. Pandey, A.G. Patil, V.B. Borse, P.K. Deshmukh, D.R. Patil, R.S. Tade, S.N. Nangare, Z.G. Khan, A.M. Patil, M.P. More, M. Veerapandian, S.B. Bari. Biosens. Bioelectron., 139, 111324 (2019). DOI: 10.1016/j.bios.2019.111324
  17. F. Tahernejad-Javazmi, M. Shabani-Nooshabadi, H. Karimi-Maleh. Compos. Part B Eng., 172, 666 (2019). DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.05.065
  18. V. Sivasubramaniyam, S. Ramasamy, M. Venkatraman, G. Gatto, A. Kumar. Energies, 16, 3665 (2023). DOI: 10.3390/en16093665
  19. Z. He, C. Zhang, Z. Zhu, Y. Yu, C. Zheng, F. Wei. Adv. Funct. Mater., 34, 2408285 (2024). DOI: 10.1002/adfm.202408285
  20. J.-H. Lee, S.-J. Park, J.-W. Choi. Nanomaterials, 9, 297 (2019). DOI: 10.3390/nano9020297
  21. G. Kumar, B. Duggal, J.P. Singh, Y. Shrivastava. J. Biomed. Mater. Res. Part A, 113 (1), e37845 (2025). DOI: 10.1002/jbm.a.37845
  22. A.S. Morozova, A.V. Kuksin, A.Y. Gerasimenko. Biomed. Eng., 59, 131 (2025). DOI: 10.1007/s10527-025-10479-3
  23. S. Tang, D. Sha, Z. He, X. Chen, Y. Ma, C. Liu, Y. Yuan. Adv. Healthc. Mater., 12 (18), 2300475 (2023). DOI: 10.1002/adhm.202300475
  24. J. Jung, S. Shin, Y.T. Kim. Microelectron. Eng., 203-204, 25 (2019). DOI: 10.1016/j.mee.2018.11.003
  25. B.-C. Kang, T.-J. Ha. Jpn. J. Appl. Phys., 57, 05GD02 (2018). DOI: 10.7567/JJAP.57.05GD02
  26. A.A. Chlaihawi, B.B. Narakathu, S. Emamian, B.J. Bazuin, M.Z. Atashbar. Sens. Bio-Sensing Res., 20, 9 (2018). DOI: 10.1016/j.sbsr.2018.05.001
  27. M. Chi, J. Zhao, Y. Dong, X. Wang. Materials, 12, 971 (2019). DOI: 10.3390/ma12060971
  28. J.H. Kim, J.-Y. Hwang, H.R. Hwang, H.S. Kim, J.H. Lee, J.-W. Seo, U.S. Shin, S.-H. Lee. Sci. Rep., 8, 1375 (2018). DOI: 10.1038/s41598-017-18209-w
  29. B. Liu, Z. Luo, W. Zhang, Q. Tu, X. Jin. J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 27, 1899 (2016). DOI: 10.1080/09205063.2016.1239951
  30. A. Kolanowska, A.P. Herman, R.G. Jedrysiak, S. Boncel. RSC Adv., 11, 3020 (2021). DOI: 10.1039/D0RA08679G
  31. R. Kumar, R.K. Singh, P.K. Dubey, D.P. Singh, R.M. Yadav. ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 15042 (2015). DOI: 10.1021/acsami.5b04336
  32. A.V. Kuksin, A.Y. Gerasimenko, Y.P. Shaman, E.P. Kitsyuk, A.A. Shamanaev, A.V. Sysa, E.M. Eganova, M.M. Slepchenkov, M.V. Poliakov, A.A. Pavlov, O.E. Glukhova. Appl. Surf. Sci., 664, 160222 (2024). DOI: 10.1016/j.apsusc.2024.160222
  33. H. Jaeger, T. Behrsing. Compos. Sci. Technol., 51, 231 (1994). DOI: 10.1016/0266-3538(94)90193-7
  34. A.Y. Gerasimenko, A.V. Kuksin, Y.P. Shaman, E.P. Kitsyuk, Y.O. Fedorova, A.V. Sysa, A.A. Pavlov, O.E. Glukhova. Nanomaterials, 11, 1875 (2021). DOI: 10.3390/nano11081875
  35. A. Jorio, M.A. Pimenta, A.G.S. Filho, R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus. New J. Phys., 5, 139 (2003). DOI: 10.1088/1367-2630/5/1/139
  36. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. Saito, A. Jorio. Phys. Rep., 409, 47 (2005). DOI: 10.1016/j.physrep.2004.10.006
  37. A. Jorio, R. Saito. J. Appl. Phys., 129, 021102 (2021). DOI: 10.1063/5.0030809
  38. A. Joutsen, A. Comert, E. Kaappa, K. Vanhatalo, J. Riistama, A. Vehkaoja, H. Eskola. Sci. Rep., 14, 8882 (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-56595-0
  39. D. Pani, A. Dessi, E. Gusai, J.F. Saenz-Cogollo, G. Barabino, B. Fraboni, A. Bonfiglio. Evaluation of novel textile electrodes for ECG signals monitoring based on PEDOT:PSS-treated woven fabrics. In: 2015 37th Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc., IEEE, 2015, p. 3197--3200. DOI: 10.1109/EMBC.2015.7319072
  40. A. Achilli, A. Bonfiglio, D. Pani. IEEE Sens. J., 18, 4097 (2018). DOI: 10.1109/JSEN.2018.2819202

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme