Flexible microneedle electrodes are promising sensors that permit skin-preparation-free, high-quality electrophysiological signal recording. However, the existing flexible microneedle electrodes cannot achieve conformal contact with the skin due to modulus mismatch, thick substrate, and lack of self-adhesion, resulting in interface failure and hindering the long wear. Here, we report a hybrid-structured stretchable microneedle electrode incorporating a low-resistance silicon microneedle array on the sub 100 μm thin electrically conductive adhesive substrate with low young's modulus. It showed 1.3 kPa of adhesion to the skin and low conductivity change even above 60% of strain. Also, the height of the needle was less than 200 μm and thus do not reach the skin pain receptors and do not cause discomfort. The performance of stretchable microneedle electrode-based wearable electronics is demonstrated through wireless, multi-channel, and real-time electromyogram (EMG) monitoring using a smartphone. These applications including strenuous ambulatory motion show the robustness of the device to various skin secretions and motion artifacts.
유연 마이크로니들 전극은 피부 상태에 상관없이 고품질의 전기생리학적 신호 기록을 가능하게 하는 중요한 도구이다. 그러나 기존의 유연 마이크로니들 전극은 높은 강성률, 두꺼운 기판, 접착력의 부재 등으로 인하여 피부와의 등각 접촉을 이루지 못하기 때문에 견고한 피부-전극 인터페이스 구현 및 장기간 착용에 적합하지 않다. 본 연구에서는 약 100μm 두께의 저강성률 전기 전도성 접착 기판에 저저항 실리콘 마이크로니들 어레이를 통합한 하이브리드 구조의 신축성 마이크로니들 전극을 제시한다. 전극은 60% 이상의 신축에도 전도성을 유지하고 1.3kPa의 부착력을 가져 피부와 등각 접촉한다. 또한 니들의 길이가 200μm 이하로 피부 통각 수용체에 도달하지 않기 때문에 부착 시 이질감을 유발하지 않는다. 해당 전극 기반 패치형 디바이스의 성능을 확인하기 위하여 스마트폰을 통한 무선 다채널 근전도 모니터링을 시연하였다. 격렬한 보행 운동을 포함한 근전도 모니터링 결과는 신축성 마이크로니들 전극 기반 디바이스가 피부 상태 변화 및 동잡음에도 견고한 특성을 지님을 나타낸다.
