Electrodos a base de grafeno inducido por láser (LIG) para la medición de electromiografía de superficie (SEMG) y electroestimulación

Abstract

La necesidad crítica de mejorar el diagnóstico y tratamiento de trastornos músculo-esqueléticos, principal causa de discapacidad a nivel mundial, impulsa el uso de electrodos, una de las herramientas más importantes para captar señales bioeléctricas para diagnosticar y tratar diversas patologías. Los electrodos, generalmente, suelen ser fabricados con metales, óxidos o sales metálicas (e.g. platino, iridio, plata, plata/cloruro de plata). Sin embargo, estos materiales presentan limitaciones debido a su alto costo y complejidad de fabricación. Por ello, el proyecto tiene como meta diseñar y fabricar electrodos a base de grafeno inducido por láser (LIG, por sus siglas en inglés), considerado como una alternativa prometedora debido a sus excelentes propiedades conductivas, bajo costo y adaptabilidad en la fabricación y diseño de electrodos, capaces de medir electromiografía de superficie (SEMG) y producir electroestimulación de forma segura y eficaz a través de los electrodos LIG. El trabajo inicia con la fabricación de electrodos a base de grafeno inducido por láser (LIG). Utilizando un polímero (poliamida) y un láser de dióxido de carbono (CO2) fue posible el desarrollo de electrodos LIG. Para el análisis de su funcionamiento para SEMG, se realizaron pruebas en conjunto con un dinamómetro, que permitieron comparar y evaluar su desempeño contra electrodos comerciales de Ag/AgCl. Para alcanzar el objetivo, se utilizó una película de Kapton ®y el sistema de láser, Versa Laser 2.30, para fabricar los electrodos LIG, adecuados para realizar SEMG y electroestimulación. El funcionamiento de los electrodos se validó mediante pruebas comparativas con electrodos comerciales, evaluando la calidad de la señal y la eficacia de la electroestimulación con y sin gel conductor. Además, se diseñó un protocolo de tratamiento terapéutico que combine SEMG y electroestimulación en simultáneo, verificando su eficacia en aplicaciones terapéuticas.

The need to improve the diagnosis and treatment of musculoskeletal disorders, the lea-ding cause of disability worldwide, drives the use of electrodes to capture bioelectrical signals that enable the diagnosis and treatment of various pathologies. Electrodes are generally ma-de from metals, oxides, or metallic salts (e.g., platinum, iridium, silver, silver/silver chloride). However, these materials have limitations due to their high cost and complexity of fabri-cation. This project proposes the design and fabrication of laser-induced graphene (LIG) electrodes, a promising alternative due to their high conductivity, low cost, and adaptable fabrication for SEMG and electrostimulation applications. In this project, LIG electrodes were developed capable of measuring surface electrom-yography (SEMG) and electrically stimulating tissues. The LIG electrodes, compared to commercial Ag/AgCl electrodes, captured equivalent signals in voltage ranges and signal quality. With stimulation, the LIG electrodes were able to induce muscle contraction with 0.7 mA and an angle of 55°, while the Ag electrodes required 12 mA to generate a contraction, although they were able to achieve a larger angle of 70°.