Ilmuwan Ciptakan Pakaian Medis Berbahan Graphene Dilengkapi Sensor Elektrokardiograf

Oleh: M Nurilman Baehaqi

Elektrokardiografi (EKG) adalah metode untuk memantau aktivitas jantung yang dapat memberikan informasi penting tentang adanya gangguan kardiovaskular, seperti kelainan irama jantung yang dikenal sebagai aritmia atau disritmia. Beberapa aritmia, seperti fibrilasi ventrikel, adalah kondisi yang dapat menyebabkan serangan jantung mendadak dan kematian. Selain fibrilasi ventrikel, terdapat juga fibrilasi atrium yang dapat mengakibatkan pembekuan darah dan stroke. Fibrilasi atrium masih dapat dideteksi melalui rekaman jantung ^[1]. Oleh karena itu, untuk menginterpretasikan aktivitas jantung dan mendiagnosa kemungkinan gangguan ritme sebelumnya, perlu adanya rekaman EKG berkelanjutan untuk jangka waktu yang lama. Misalnya, monitor Holter yang telah digunakan untuk merekam EKG hingga 48 jam^[2].

Pada umumnya, sinyal EKG didapat dengan menempelkan gel basah yang terbuat dari elektroda Ag/AgCl ke beberapa bagian tubuh seperti nadi. Namun, gel basah ini dilaporkan telah menyebabkan iritasi kulit dan reaksi alergi jika dipakai terlalu lama. Selain itu, gel ini akan menurun kualitasnya karena gel yang terkandung dalam elektroda tersebut lama-lama akan mengering. Oleh karena itu, muncullah konsep dry electrode atau elektroda kering.

Salah satu teknologi alternatif untuk membuat elektroda kering adalah menggunakan tekstil konduktif. Tekstil adalah bahan yang sering digunakan oleh manusia, biasanya ditemukan pada kain. Tekstil konduktif adalah tekstil yang dapat menghantarkan arus listrik namun tetap aman untuk digunakan. Beberapa kelebihan tekstil konduktif jika dipakai sebagai tempat meletakkan elektroda adalah konduktivitas listrik yang tinggi, daya tahannya tinggi, murah, dan tidak kaku. Oleh karena itu peneliti dari Nanotechnology Research and Application Center Universitas Sabanci bersama dengan Departemen Teknik Elektro dan Komputer Universitas Khalifa membuat sebuah inovasi, yaitu pakaian medis dengan memanfaatkan graphene sebagai tekstil kondukif untuk memantau atau merekam aktivitas jantung pasien.

Sensor EKG akan ditempelkan pada bagian pergelangan tangan sebagai gelang dan di bagian leher sebagai kalung. Gelang dan kalung ini akan ditempelkan ke pakaian yang terbuat dari graphene.

Gambar 1. Penempatan elektroda kering pada pergelangan tangan dan leher^[3]

Untuk membuat pakaian ini, mereka mencelupkan sepotong kain nilon ke dalam suspensi GO (Graphene oxide) dengan memperhatikan aturan Hummers. Setelah itu, nilon dicelupkan ke dalam Hidrogen Iodida agar dihasilkan graphene yang memiliki konduktivitas listrik tinggi. Setelah itu, nilon tersebut dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil sekitar 6 cm x 3 cm menyesuaikan dengan ukuran elektroda yang akan ditempelkan. Kemudian, kain nilon tersebut akan dijahit ke pakaian yang lebih besar. Pakaian ini juga dilengkapi pita elastis agar elektroda tidak rentan terhadap distorsi sinyal ketika pasien bergerak.

Gambar 2. Penempatan elektroda kering pada pergelangan tangan dan leher^[3]

Untuk mengetahui sinyal yang dihasilkan dari elektroda tersebut, mikrokontroler Arduino Pro Mini digunakan bersama dengan Bluetooth untuk mengirimkan data secara wireless. Selain itu, pakaian ini dilengkapi dengan power supply 3.3–5 Volt, beberapa resistor, rangkaian penguat dan kapasitor. Hasil dari pakain yang dibuat dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 3. Ujicoba pengukuran EKG dengan prototipe pakaian medis^3]

Kelebihan dari pakaian ini adalah kemampuannya dalam mengirimkan data secara realtime dan wireless, sehingga bersifat dinamis dan fleksibel. Sinyal yang dihasilkan dapat dilihat melalui monitor yang dapat memberikan informasi bagi pemangku kepentingan, misalnya dokter. Untuk mengukur kualitas performanya, para peneliti membandingkan dengan elektroda gel basah Ag/AgCl. Dari segi waktu, pakaian ini  memiliki tingkat korelasi 88% dengan gel basah. Dari segi frekuensi, pakaian ini bekerja lebih baik karena dapat menghilangkan gangguan frekuensi 50 Hz. Uji coba dilakukan selama 1 bulan dan dihasilkan nilai rata-rata impedansi gelang tekstil tekstil graphene berkisar antara 87,5 kΩ hingga 55 kΩ dalam kisaran 10-50 Hz, yang sesuai dengan pengukuran pada elektroda Ag / AgCl konvensional yang memiliki nilai impedansi dari 50,9 kΩ hingga 20 kΩ dalam rentang frekuensi yang sama.

REFERENSI

[1] PK, Jain and Tiwari AK. 2014. Heart monitoring system: a review. PubMed Journal. DOI: 10.1016/j.compbiomed.2014.08.014

[2]  Fung, E.; Järvelin, M.-R.; Doshi, R.N.; Shinbane, J.S.; Carlson, S.K.; Grazette, L.P.; Chang, P.M.; Sangha, R.S.; Huikuri, H.V.; Peters, N.S. Electrocardiographic patch devices and contemporary wireless cardiac monitoring. Front. Physiol. 2015, 6, 1–10.

[3] Murat Kaya Yapici dan Tamador Elboshra Alkhidir. 2017. Intelligent Medical Garments with Graphene-Functionalized Smart-Cloth ECG Sensors. MDPI Journals, DOI : 10.3390/s17040875