Azot katkılı grafen tabanlı elektrofizyolojik veri elektrotu geliştirilmesi ve EKG, EMG ölçümlerinde kullanımına dair fizibilite çalışması

Hızlı bir şekilde ilerleyen teknoloji sonucu elektronik cihazların kullanımı günümüzde oldukça yaygınlaşmıştır. Bunun sonucunda yeni teknolojiler ve yeni malzemeler bu alanda hızla bulunmuş ve kullanıma sunulmuştur. Bu malzemelerden biri de grafendir. Özellikle de günümüzde nanoteknolojinin artması ile grafenin elektrik ve elektronik alanında kullanımını daha da arttırmıştır. Bu tez çalışması kapsamında yeni Elektro Fizyolojik Çalışma (EFÇ) elektrotlarının geliştirilmesi ve iyonik/elektriksel iletkenliğe bağlı olarak geliştirilen elektrotlardan alınan sinyallerin kıyaslanması amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışma kapsamında sekiz farklı elektrot geliştirilmiş olup kontrol grubu olarak mevcut piyasada kullanılan elektrot kullanılmıştır. Geliştirilen elektrotlar; 1-Mevcut Ag/AgCl elektrotun jelinin üzerine karbon fiber kumaş kaplanmış elektrot, 2-Mevcut ticari elektrotun jelinin üzerine iyonik sıvı eklenmiş elektrot, 3-Mevcut ticari elektrotun jelinin üzerine toz grafen kaplama yapılan elektrot, 4-Ticari elektrotun jelinin üzerine grafen ve iyonik sıvı karışımını kaplama yapılan elektrot, 5-Ticari elektrotun jeli çıkarılarak yerine grafen poliüretan ve iyonik sıvı karışımı kaplama yapılan elektrot, 6-Ticari elektrotun jeli çıkarılarak hazırlanan grafen ve poliüretan kaplı elektrotun üzerine iyonik sıvı eklenerek yapılan elektrot, 7-Ticari elektrotun jeli çıkarılarak hazırlanan grafit ve poliüretan kaplı elektrotun üzerine iyonik sıvı eklenerek yapılan elektrot, 8-Ticari elektrotun jeli çıkarılarak hazırlanan grafen ve poliüretan kaplı elektrotun üzerine iyonik sıvı eklenerek yapılan elektrot. Elektriksel iletkenlik açısından yeni geliştirilen elektrotlar ile mevcut elektrotlardan sinyaller elde edilmiş ve denemeler yapılmıştır. Ayrıca karışımlara iyonik sıvı eklemesi yapılarak da denemeler yapılmıştır. Böylelikle tezde karışımlara iyonik sıvı eklenerek, jel üzerine katkılama yapılarak, jel olmadan iyonik sıvı ile katkılama yapılarak iyonik iletkenlik çalışmaları gerçekleşmiştir. Elde edilen tüm elektriksel iletkenlik ve iyonik iletkenlik ile sinyaller çalışma kapsamında kayıt altına alınmış, karşılaştırmaları yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elektrotlardan sinyal alımı için Arduino seti kullanılmıştır. Bu aşamada sinyal alımı ve işleme AD8232 sensörü kullanılarak Arduino ile veri alımı yapılmıştır. Elde edilen veriler seriporttan okunarak kaydedilmiştir. Bu veriler her bir elektrot türü için örnekleme frekansı 200 Hz olacak şekilde 1 dakika boyunca kayıt altına alınmıştır. Kayıt altına alınan veriler Matlab üzerinden sinyal haline getirilerek çizimleri ve analizleri yaptırılmıştır. Kaplamalı ve kaplamasız elektrotların karşılaştırması için referans olarak mevcut ticari elektrottan kaydedilen veriler alınarak yeni üretilen 8 çeşit elektrottan alınan sinyaller ile sırayla karşılaştırılması yapılmış ve değerlendirilmiştir. Karşılaştırma çalışmasında ilk olarak verilerin boyutları eşitlenmiş ardından ortalama hata karesi ve kosinüs benzerliği hesaplanmıştır. Daha sonra tepe-tepe genlik analizi yapılarak tepe-tepe genlik değerlerini karşılaştırma işlemi yapılmış ve çapraz korelasyon değerleri hesaplanarak maksimum korelasyon miktarı bulunmuş ve grafikler çizilmiştir. Ayrıca çalışmada günümüzde mühendislikte birçok alanda kullanılan Comsol Multiphysics® programında simülasyon geliştirilmiştir. Elektrotların Comsol Multiphysics programında elektriksel analizi simüle edilerek değerlendirilmiştir. Kontrol grubu olarak Ticari Ag/AgCl elektrot kullanılmıştır. Tez çalışmasında in vivo denemeler yapılmıştır. Bunun için stimülatörler ve elektrotlar yardımıyla sinyal ölçümleri yapılmıştır. Sinyal ölçümleri sadece sinyal alma şeklinde tekrarlı olarak gerçekleştirilmiştir. Comsol yazılımı kullanılarak iki boyutlu ve üç boyutlu kol tasarımı ve anot ve katot simülasyonu yapılmıştır. Sekiz elektrottan elde edilen sinyal sonuçları ticari Ag/AgCl elektrotlardan elde edilen sinyal sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Tüm elektrotlardan elde edilen sinyallerin Matlab analiz sonuçları değerlendirilmiştir. Sonuç olarak; Azot katkılı grafenin elektriksel iletkenliği oldukça yüksektir. Bu nedenle bu malzemenin kullanılmasıyla oluşturulan elektrot olan JelveTozGrafen3'den daha okunabilir sinyal alınmıştır. Yine aynı şekilde iyonik sıvının da elektriksel iletkenliği yüksek olup mevcut elektrota iyonik sıvı uygulaması ile elde edilen elektrot olan JelveİyonikSıvı2'dan daha belirgin sinyaller elde edilmiştir.