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Production and Characterisation of Electrospun Polymer Nanofibres for Eventual Use in Miniaturised Biomedical Electrode Systems - 31/07/25

Doi : 10.1016/j.irbm.2025.100906 
Amalric Montalibet a, , Gaukhar Mendigaliyeva b, Jean-François Chateaux b, Jean-Pierre Cloarec b, Eric McAdams a
a INSA Lyon, INL, UMR5270, CNRS, Universite Claude Bernard Lyon 1, Ecole Centrale de Lyon, CPE Lyon, 69622 Villeurbanne, France 
b Universite Claude Bernard Lyon 1, INL, UMR5270, CNRS, INSA Lyon, Ecole Centrale de Lyon, CPE Lyon, 69622 Villeurbanne, France 

Corresponding author.

Abstract

Background

Wearable sensor technologies are critical for out-of-hospital personalized medicine, enabling continuous or intermittent health monitoring. Key challenges include the miniaturization of flexible sensors and ensuring patient comfort while maintaining optimal electrical and mechanical performance.

Objective

To investigate the use of metallized, electrospun polymer fiber electrodes for producing 3D electrode structures with optimized surface roughness and large effective surface areas, aimed at reducing interface impedance.

Methods

A PMMA polymer solution with three different concentrations was processed via electrospinning. A concentration of 3.5 wt.% was chosen as optimal to avoid beaded fibers. The electrospun fibers were metallized and characterized through scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Impedance data were modeled using ZView software.

Results

The SEM and EIS analysis showed pronounced surface roughness effects in the impedance data, but existing ZView elements did not model this well. The interfacial impedances were unexpectedly high, indicating that further optimization of the fabrication and modeling processes is needed.

Conclusions

Despite some promising surface roughness effects, the electrospun and metallized electrode structures exhibited large interface impedances. Further research is required to optimize these structures for practical use in wearable sensors.

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Graphical abstract




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Highlights

Development of metallised electrospun nanofibres for sensor electrodes.
Creation of 3D porous electrode structures for enhanced surface area and low impedance.
Optimisation of PMMA electrospinning parameters to achieve bead-free nanofibres.
Use of electrochemical impedance spectroscopy to assess electrode interface impedance.
Preliminary study shows that extreme surface roughness improves high-frequency performance.

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Vol 46 - N° 5

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