​​Ученые Томского политехнического университета предложили новые нательные биоэлектроды для считывания электрических сигналов при мониторинге работы сердца. Эксперименты показали, что такие электроды могут работать в два раза дольше традиционных аналогов на основе хлорида серебра. При этом они гибкие и влагоустойчивые, что позволяет надежнее фиксировать их на коже. Результаты исследования опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics (IF: 9,518; Q1). 

По данным Всемирной организации здравоохранения, cердечно-сосудистые заболевания остаются одной из основных причин смерти во всем мире. Самым простым и неинвазивным методом диагностики дисфункций сердца является электрокардиограмма (ЭКГ), при этом для считывания электрического поля сердца используются биоэлектроды. Их основная задача — преобразование ионных токов человеческого тела (биотоков) в электрический ток для внешних устройств (кардиографов). Анализ данных, полученных в результате длительного мониторирования ЭКГ, сегодня используется крайне широко, практически у 100 % кардиологических больных. Традиционно в процедурах электрокардиографии и энцефалографии (анализа электрической активности головного мозга) используются электроды на основе серебра с покрытием из хлорида серебра. Дополнительно металлическая часть покрывается слоем геля для конверсии биотока в электронный ток. 

Разработанные в Томском политехе электроды на основе восстановленного оксида графена выполнены на полимерной подложке, что позволяет создавать гибкие структуры. Углеродное проводящее покрытие — рабочее тело электрода — формируется при облучении лазером пленки оксида графена, нанесенной на подложку. 

«Электроды из серебра с хлоридом серебра работают эффективно, однако у них есть несколько минусов. Во-первых, маленький срок службы — как правило, мониторирование ограничено 24 часами. Затем высыхает гель, происходит деградация поверхности электрода, и его необходимо менять. Во-вторых, твердая структура электрода приводит к неплотному прилеганию, раздражению кожных покровов. Сейчас существуют гибкие электроды с серебряным покрытием, однако проблема высыхания геля и деградации поверхности остается. Мы же использовали совсем другой материал — восстановленный оксид графена», — говорит профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет

В ходе экспериментов конструкция не деградировала, электроды не теряли свои свойства в течение 108 часов, то есть четырех с половиной дней. При этом на оксид графена не нужно дополнительно наносить гель. 

«Оксид графена — доступный недорогой материал, технология его модификации легко масштабируется. А это значит, что ее нетрудно будет перенести из условий лаборатории на производство», — отмечает ученый. 

По словам заместителя директора по научной и лечебной работе НИИ кардиологии Томского НИМЦ Вячеслава Рябова, 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. 

«Для этого получают непрерывную запись электрокардиограммы в нескольких отведениях ЭКГ в условиях свободной активности пациента с последующей дешифровкой в режиме офлайн. При этом в некоторых случаях ключевым моментом является продолжительность регистрации, когда точность, чувствительность и специфичность диагностики прямо связаны с длительностью мониторирования», — говорит Вячеслав Рябов. 

Как отмечают исследователи, рыночная стоимость электродов для длительного мониторинга может доходить до 200 евро. Электроды, предложенные томскими учеными, могут оказаться гораздо дешевле за счет доступности исходных материалов. 

«Задачу увеличить длительность мониторинга и повысить комфорт ношения холтера сформулировали специалисты НИИ кардиологии Томского НИМЦ, с которыми мы сотрудничаем, — поясняет Евгения Шеремет. — Это первый этап в разработке комфортных для пациентов устройств для длительного мониторирования. Как правило, холтер работает в течение суток в том числе и из-за ограниченного срока службы электродов. Но сердечные дисфункции достаточно коварные, нет гарантии, что какой-то сбой удастся зафиксировать именно в эти сутки, когда пациент носит холтер. Если увеличить срок ношения прибора, это может помочь в выявлении нарушений».  

В дальнейшем ученые намерены дополнить электроды другими гибкими элементами таким образом, чтобы они могли передавать сигнал беспроводным путем. 

В исследовании принимают участие ученые из Университета Амстердама (Нидерланды), НИИ кардиологии Томского НИМЦ и Сибирского государственного медицинского университета. Работа поддержана грантом по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ. 

Похожие новости

  • 24/07/2018

    Ученые АлтГУ помогут сохранить популяцию глухарей

    Информационный портал ГТРК «Алтай» «Вести.ru» сообщил о совместном проекте лаборатории редких птиц Южно-Сибирского ботанического сада «Алтай-Фалькон» Алтайского государственного университета и томских коллег.
    986
  • 04/09/2017

    Томские ученые разработали новую программу «Медицина будущего»

    ​Ученые ТГУ и Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработают новую комплексную программу для технологической платформы "Медицина будущего". Такое решение было принято на форуме "Армия-2017", в рамках которого прошел круглый стол об аддитивных технологиях в медицине.
    2548
  • 20/10/2016

    Атомщики Сибири обсуждают в ТПУ термоядерный синтез и развитие ядерной медицины

    ​В Томском политехническом университете проходит VII школа-конференция молодых атомщиков Сибири. В течение трех дней молодые ученые из России и стран ближнего зарубежья будут обсуждать вопросы ядерной безопасности, развитие ядерной медицины, термоядерный синтез, а также реализацию проекта по созданию топлива и реакторов нового поколения "Прорыв".
    2952
  • 22/03/2017

    Алтайский государственный университет – участник Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды

    В начале 2017 года Алтайский государственный университет подписал Соглашение о создании консорциума – Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды (SecNET), среди участников которого – 10 ведущих научных и образовательных центров Сибири: Национальный исследовательский Томский государственный университет, Югорский государственный университет, Институт водных и экологических систем СО РАН, Институт биологических систем криолитозоны СО РАН (Якутск), Северо-Восточный федеральный университета им.
    2223
  • 29/01/2018

    3D – принтеры для печати сердца будут стоять в каждой клинике

    ​Аортальный стеноз, коарктация аорты, транспозиция магистральных сосудов, тотальная аномалия впадения легочных вен, тетрада Фалло — в современной медицине насчитываются десятки видов пороков сердца, которые бывают как врожденными, так и приобретенными.
    2298
  • 23/12/2017

    Томская аспирантка выиграла грант на обучение в Европе

    ​Аспирантка Биологического института ТГУ, младший научный сотрудник НИИ онкологии Томского НИМЦ Марина Ибрагимова представила результаты своих исследований на XXI Российском онкологическом конгрессе. Работа аспирантки, посвященная проблеме повышения эффективности лечения больных раком молочной железы, была признана одной из лучших на конкурсе постерных докладов.
    1082
  • 29/08/2017

    Биологи ТГУ обследуют водоемы в Арктике по заказу нефтяников

    ​Биологический институт ТГУ и компания ООО "Лукойл-Коми" приступили к реализации совместного проекта, нацеленного на обеспечение экологической безопасности водных объектов нефтегазоносных районов Арктики и прилегающих к ней территорий.
    1665
  • 06/05/2019

    Биологи ТГУ создадут стартап на территории Евросоюза

    ​Технология «Аэрощуп», разработанная БИ ТГУ для очистки донных отложений нефтезагрязненных водоемов, готова к выходу на европейский рынок.  В апреле 2019 года Биологический институт принял участие в конференции Deep Tech Atelier в Риге (Латвия), где состоялись переговоры с руководством реактора коммерциализации.
    766
  • 20/09/2018

    Томкие ученые работают над биоматериалами, снижающими воспалительный иммунный ответ

    ​Молодой ученый Томского политехнического университета Ксения Станкевич выиграла престижную стипендию программы Фулбрайта для проведения исследований в Университете штата Монтана (г. Бозман, США). Здесь Ксения будет работать в течение учебного года и изучать иммунный ответ на биодеградируемые трехмерные волокнистые материалы - "скаффолды" - с модифицированной поверхностью, наполненные новыми противовоспалительными соединениями.
    1045
  • 14/10/2016

    Сибирские ученые создали анальгетик без побочного действия

    ​Алтайские ученые совместно с коллегами из Томска разработали новый универсальный препарат для лечения болей различного происхождения. Особенностью нового препарата является полное отсутствие побочных эффектов, характерных для стероидных и нестероидных противовоспалительных средств.
    2621