Сотрудники Томского политехнического университета создали новые нательные биоэлектроды на основе оксида графена. Они способны считывать электрические сигналы при мониторинге работы сердца. Эксперименты показали, что такие устройства могут работать в два раза дольше аналогов, кроме того они гибкие и влагоустойчивые, что позволяет надежнее фиксировать их на коже. Результаты работы опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, cердечно-сосудистые заболевания — одна из основных причин смерти во всем мире. Наиболее простой и неинвазивный метод диагностики этих патологий — снятие электрокардиограммы (ЭКГ). Для этого сегодня используются биоэлектроды. Они преобразуют ионные токи человеческого тела в электрический ток для внешних устройств (кардиографов).

Анализ данных ЭКГ сегодня используется крайне широко, практически у 100% кардиологических больных. Традиционно в процедурах электрокардиографии и энцефалографии — снятии электрической активности головного мозга — применяются электроды на основе серебра с покрытием из хлорида серебра. Их металлическая часть покрывается слоем геля для перевода ионного тока в электрический сигнал.

Ученые из ТПУ синтезировали электроды, состоящие из восстановленного оксида графена, нанесенного на полимерную подложку. Это позволяет создавать гибкие структуры. При этом углеродное проводящее покрытие — рабочее тело электрода — создается при облучении лазером пленки оксида графена.

«Электроды из серебра с хлоридом серебра показывают высокую эффективность работы, однако они обладают несколькими минусами. Во-первых, маленький срок службы — обычно около 24 часов. После этого гель высыхает, и поверхность электрода деградирует. Затем его необходимо менять. Во-вторых, из-за твердой структуры электрода он прилегает к телу неплотно и раздражает кожные покровы. Сейчас существуют гибкие электроды с серебряным покрытием, однако проблема высыхания геля и деградации поверхности остается. Мы создали новый материал — восстановленный оксид графена, — который решает эту проблему», — рассказывает одна из исследователей, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет.

В результате экспериментов электроды не деградировали, не теряли свои свойства в течение 108 часов — четырех с половиной дней. При этом на оксид графена не приходилось наносить гель. Материал новых электродов — доступный и недорогой, а технология его модификации легко масштабируется. А это значит, что ее нетрудно будет перенести из лабораторных условий в производство.

По словам исследователей, увеличение срока службы электрода открывает дополнительные возможности для длительного мониторинга работы сердца, например телемониторинга, который позволяет контролировать ЭКГ больного дистанционно в режиме онлайн, или для мониторирования с помощью холтера. Рыночная стоимость обычных электродов для длительного мониторинга может доходить до 200 евро. Электроды, предложенные томскими учеными, согласно расчетам, будут гораздо дешевле за счет доступности исходных материалов.