CC BY
0УДК 621.3.035.221.4
ГИБКИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ СИЛИКОНА И УГЛЕРОДНЫХ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ НЕЙРОУСТРОЙСТВ
DOI 10.24412/CL-37228-2024-170-172
В. И. Жуков1, Г. О. Молоканов1, С. О. Кириченко2, О. А. Москалюк1
балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта,
Калининград, Россия 2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
E-mail: vitaily.zhukov@yandex.ru
Аннотация. Разработка гибких электродов на силиконовой матрице с различными высокодисперсными углеродными наполнителями. С помощью смешивания мы сравнили и провели замеры проводимости композитов с различными высокодисперсными углеродными наполнителями на основе силикона. Было выявлено что добавление анизодиаметрических частиц позволяет сдвинуть порог протекания электрического тока в сторону меньших концентраций более чем на 2 порядка по сравнению с частицами сферической формы.
Ключевые слова: композитные материалы, углеродные наполнители, гибкие электроды, силикон.
Нейроустройства, как разновидность медицинских изделий, делятся на контактирующие с поверхностью тела и имплантируемые. Материалы для нейроимплантов должны удовлетворять требованиям биосовместимости, атоксичности, по деформационно-прочностным приближаться к тканям тела. Перспективным материалом для создания нейроустройств является силикон за счет его термической и химической стабильности, атоксичности и низкой жесткости. Придание силикону проводящих свойств позволяет применять его в качестве элемента для нейроустройств, отвечающих за передачу биоэлектрических потенциалов. Углеродные высокодисперсные наполнители, такие как технический углерод, графен, углеродные нанотрубки и углеродные нановолокна, применяются в качестве компонентов
для создания электропроводящих композитов. Такие материалы являются совместимыми с силиконовыми полимерными матрицами и могут быть использованы при изготовлении нейроустройств. Использование композитных материалов на основе силикона и углеродных наполнителей считается перспективным в области электрической медицинской аппаратуры из-за необходимости интеграции гибкой электроники. Для разработки датчиков, электродов и проводящих путей в таких устройствах учитываются вязкоупругие свойства и электропроводящие характеристики композитного материала.
Наша работа, реализуемая на базе лаборатории «Полимерные и композиционные материалы SmartTextiles» БФУ имени И. Канта, посвящена выработке технологических подходов для создания электропроводящих гибких систем на основе силикона и разных углеродных наполнителей. Решаются задачи придания материалу необходимых электрических и механических свойств и их сохранения при эксплуатационных деформационных нагрузках. В наших предыдущих исследованиях были установлены зависимости электрических свойств композитов от типа и формы высокодисперсных углеродных наполнителей.
Электропроводящие системы на основе силикона и углеродных высокодисперсных наполнителей разрабатываются нами для применения в качестве датчиков и проводящих систем в медицинских изделиях: носимые электрохимические датчики, электроды для считывания биопотенциалов, проводящие пути и подложки. Устройства на основе таких композитов способны сохранять электропроводимость при деформации, что критично как для инвазив-ных, так и неинвазивных медицинских устройств. Например, в случае носимого датчика на коже необходимо учитывать возможные деформации при движении человека, поэтому материал должен сохранять свои эксплуатационные электрические свойства при изгибе и растяжении.
Список литературы
1. Yang W., Gong Y. and Li W. A Review: Electrode and Packaging Materials for Neurophysiology Recording Implants // Front. Bioeng. Biotechnol. — 2021. — V. 8.
2. Sung-Jun Lee, Chang-Lae Kim. Highly flexible, stretchable, durable conductive electrode for human-body-attachable wearable sensor application // Polymer Testing. — 2023. — V. 122.
3. Pyo S., Eun Y., Sim J., et al. Carbon nanotube-graphene hybrids for soft electronics, sensors, and actuators // Micro and Nano Syst Lett. — 2022.
4. Oh J. Y., Jun G. H., Jin S., Ryu H. J., Hong S. H. Enhanced Electrical Networks of Stretchable Conductors with Small Fraction of Carbon Nanotube/Graphene Hybrid Fillers // ACS Appl Mater Interfaces. — 2016.
FLEXIBLE ELECTRICALLY CONDUCTIVE SYSTEMS BASED ON SILICONE AND CARBON-BASED HIGHLY DISPERSED FILLERS FOR NEURAL DEVICES
Abstract. Development of flexible electrodes on a silicone matrix with various highly dispersed carbon fillers was conducted. By mixing, we compared and measured the conductivity of composites with various highly dispersed carbon fillers based on silicone. It was found that the addition of anisodiametric particles makes it possible to shift the threshold of electric current flow towards lower concentrations by more than 2 orders of magnitude compared with spherical particles.
Key words: composite materials, carbon fillers, flexible electrodes, silicone.
