A Nepenthes‐Inspired Hydrogel Hybrid System for Sweat‐Wicking Electrophysiological Signal Recording during Exercises

材料科学 电生理学 纳米技术 生物医学工程 自愈水凝胶 信号(编程语言) 汗水 神经科学 生物 计算机科学 医学 高分子化学 内科学 程序设计语言
作者
Ganguang Yang,Zhida Lan,Hui Gong,Jiacheng Wen,Bo Pang,Yuqi Qiu,Yue Zhang,Wei Guo,Tianzhao Bu,Bin Xie,Hao Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (13) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202417841
摘要

Abstract Collecting electrophysiological (EP) signals (e.g., electrocardiogram (ECG), electromyogram (EMG)) during exercises is crucial for feedback of cardiac health and muscle injuries. However, since several interferences exist in the skin interface (e.g., deformation, perspiration, and motion artifacts), commercial rigid electrodes/systems have difficulty in recording high‐fidelity EP signals. Here, a wireless Nepenthes ‐inspired hydrogel (NIH) hybrid system is developed for high‐quality EP signal detection by establishing seamless‐integrated and rapidly directional sweat‐wicking device/skin interfaces during exercises. The adhesive strength of poly(vinyl alcohol)/poly(acrylic acid) (PVA/PAAC)‐based double‐network hydrogels is significantly increased by more than sixfolds. Nepenthes ‐inspired microstructures are further fabricated on hydrogels to enhance the directional transport speed of droplets by 4.5 times. Notably, the NIH electrodes can maintain an intimate coupling with the skin during continuous artificial sweat injection while showing the lowest impedance and highest signal‐to‐noise ratio (>19 dB) of EMG signals under complex conditions (i.e., vibration and perspiration). Finally, the NIH hybrid system is fabricated by decorating silicone joints and hollow structures to avoid stress concentration. This system can record high‐quality ECG waveforms and heart rate curves with relative deviations of <2.6% during exercises and rest. This NIH hybrid system represents a promising platform for precise EP signal monitoring in exercising scenarios.
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