Fig. 1. Señales electrocardíacas obtenidas usando un amplificador diferencial orgánico flexible (A) Amplificador convencional de un solo extremo (B) Amplificador diferencial desarrollado en este estudio (C) Señales electrocardíacas obtenidas de un sujeto que camina. En las señales electrocardíacas obtenidas utilizando un amplificador convencional de un solo extremo, En la forma de onda se incluye un gran ruido causado por caminar. A diferencia de, dicho ruido se elimina de la forma de onda obtenida utilizando el amplificador diferencial orgánico flexible desarrollado. Crédito:Universidad de Osaka
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Tsuyoshi Sekitani y el profesor asociado Takafumi Uemura del Instituto de Investigación Científica e Industrial, Universidad de Osaka, logró desarrollar el amplificador diferencial más delgado y liviano del mundo para bioinstrumentación.
Convencionalmente Los circuitos de bioinstrumentación para el cuidado de la salud y el uso médico han consistido en dispositivos electrónicos duros, como transistores de silicio. Sin embargo, cuando los tejidos biológicos blandos, como la piel, entrar en contacto con dispositivos electrónicos duros, tienden a inflamarse. Por lo tanto, El seguimiento de las bioseñales en la vida diaria durante un largo período de tiempo resultó difícil. El grupo de investigación desarrolló un circuito de bioinstrumentación flexible que elimina las molestias que provoca el dispositivo adherido al cuerpo del usuario mediante la integración de dispositivos electrónicos flexibles denominados transistores orgánicos sobre una película plástica fina y flexible de 1 μm de espesor. El circuito desarrollado es un circuito de procesamiento de señales llamado amplificador diferencial.
En comparación con los amplificadores convencionales de un solo extremo, El amplificador diferencial flexible desarrollado en este estudio no solo puede amplificar un biopotencial muy débil, sino también reducir el ruido de perturbación. Este grupo demostró que el amplificador diferencial se puede aplicar a la instrumentación humana y realizar la monitorización en tiempo real de las señales electrocardíacas. que son bioseñales importantes, con niveles de ruido reducidos.
Se espera que este logro conduzca a la monitorización de varias señales biológicas débiles (por ejemplo, ondas cerebrales y sonidos cardíacos de un feto) en la vida cotidiana, además de las señales electrocardíacas, sin someter a los usuarios a la incomodidad causada por los dispositivos conectados al cuerpo.
Fig. 2. Amplificador diferencial orgánico flexible acoplado al pecho humano El amplificador diferencial orgánico es extremadamente ligero y delgado y puede colocarse sobre la piel suave sin causar ninguna molestia al usuario. Se espera que la bioinstrumentación en la vida cotidiana sea más simple y más cómoda de usar. Crédito:Universidad de Osaka
En Japón, con su tasa de natalidad en declive y su población envejecida, Se ha promovido activamente la aplicación de componentes electrónicos flexibles, como los transistores orgánicos, en los campos médico y sanitario. Los sensores y circuitos electrónicos con una alta compatibilidad con tejidos biológicos como la piel y los órganos se realizan utilizando materiales orgánicos blandos.
Entre estos sensores y circuitos electrónicos, Los amplificadores flexibles con transistores orgánicos integrados en ellos eliminan la incomodidad que sienten los usuarios por los dispositivos adheridos al cuerpo. La investigación y el desarrollo de amplificadores tales como sensores para monitorear continuamente bioseñales muy débiles está actualmente en curso. Sin embargo, Los amplificadores orgánicos convencionales tienen principalmente una estructura de un solo extremo que no puede distinguir las bioseñales objetivo del ruido de perturbación. dificultando la monitorización de bioseñales con un nivel de ruido bajo (Fig. 1). Un amplificador diferencial es un circuito que puede medir señales sin los componentes de ruido. Sin embargo, la variación en la calidad de los transistores orgánicos fabricados es grande en comparación con la de los transistores de silicio; por lo tanto, no ha habido informes sobre amplificadores diferenciales flexibles que realicen una reducción de ruido precisa.
El grupo de investigación logró desarrollar un amplificador diferencial orgánico flexible con una función de reducción de ruido mediante el desarrollo de una técnica de compensación que puede reducir la dispersión de la corriente que fluye en los transistores orgánicos dentro del amplificador hasta un 2% o menos. El amplificador se fabricó sobre una película de parileno con un espesor de 1 µm. El amplificador no se rompe cuando se dobla la película y se puede adherir a la piel humana sin causar ninguna molestia (Fig. 2). Las señales electrocardíacas se amplificaron 25 veces y el ruido se redujo a un séptimo o menos mediante el uso de este amplificador diferencial flexible para monitorear las señales. El grupo demostró que durante la monitorización de las señales electrocardíacas se eliminan el ruido causado por las fuentes de energía externas, así como el gran ruido de movimientos corporales causado por caminar (Fig. 1).
Relojes inteligentes y otros dispositivos portátiles para monitorear bioseñales, como señales electrocardíacas, en la vida cotidiana ya están en el mercado. Se espera que la bioinstrumentación sea más fácil y cómoda en diversas situaciones mediante el uso de circuitos de bioinstrumentación flexibles de alta precisión sin someter a los usuarios a ninguna molestia causada por los dispositivos conectados a su cuerpo. Por ejemplo, bioinstrumentación de personas que realizan ejercicio físico extenuante, como durante los deportes, se hace posible debido a la mejora de la capacidad de uso y la adherencia entre el dispositivo y la piel. Los datos de bioinstrumentación a largo plazo en tiempo real así obtenidos promoverán la detección temprana de enfermedades y mejorarán la eficiencia del tratamiento. seguimiento de ancianos y pacientes, y seguimiento de la carga de ejercicio. Estos logros conducirán aún más a la solución de varios problemas en la sociedad que envejece en Japón mediante la reducción de los gastos médicos y la mejora de la calidad de vida (CV).
El artículo, "Un amplificador diferencial orgánico ultraflexible para registrar electrocardiogramas" se publicó en Electrónica de la naturaleza .
