Home-use, wearable healthcare devices may enable patients to collect various types of medical data during daily activities. Electrocardiographic data are vitally important. To be practical, monitoring devices must be wearable, comfortable, and stable, even during exercise. This study develops a breathable, stretchable sensor sheet by employing a kirigami structure, and we examine the size dependence of electrocardiographic sensors. Because the kirigami film has many holes, sweat readily passes through the sensor from the skin to the environment. For comfort, in addition to breathability, electrocardiographic sensor size is minimized. The limitation of the size is studied in relation to the signal-to-noise ratio of electrocardiographic signals, even under exercise. We found that the optimal size of the sensor is ∼200 mm2 and the distance between electrodes is 1.5 cm. Finally, long-term wireless electrocardiographic monitoring is demonstrated using data transmission to a smart phone app during different activities.

1.
T.
Mishra
,
M.
Wang
,
A. A.
Metwally
,
G. K.
Bogu
,
A. W.
Brooks
,
A.
Bahmani
,
A.
Alavi
,
A.
Celli
,
E.
Higgs
,
O.
Dagan-Rosenfeld
,
B.
Fay
,
S.
Kirkpatrick
,
R.
Kellogg
,
M.
Gibson
,
T.
Wang
,
E. M.
Hunting
,
P.
Mamic
,
A. B.
Ganz
,
B.
Rolnik
,
X.
Li
, and
M. P.
Snyder
,
Nat. Biomed. Eng.
4
,
1208
1220
(
2020
).
2.
M.
Takaya
,
R.
Matsuda
,
G.
Inamori
,
U.
Kamoto
,
Y.
Isoda
,
D.
Tachibana
,
F.
Nakamura
,
O.
Fuchiwaki
,
Y.
Okubo
, and
H.
Ota
,
ACS Sens.
6
,
212
219
(
2021
).
3.
Q.
Li
,
G.
Chen
,
Y.
Cui
,
S.
Ji
,
Z.
Liu
,
C.
Wan
,
Y.
Liu
,
Y.
Lu
,
C.
Wang
,
N.
Zhang
,
Y.
Cheng
,
K. Q.
Zhang
, and
X.
Chen
,
ACS Nano
15
,
9955
9966
(
2021
).
4.
M.
Sugiyama
,
T.
Uemura
,
M.
Kondo
,
M.
Akiyama
,
N.
Namba
,
S.
Yoshimoto
,
Y.
Noda
,
T.
Araki
, and
T.
Sekitani
,
Nat. Electron.
2
,
351
360
(
2019
).
5.
Y.
Yamamoto
,
D.
Yamamoto
,
M.
Takada
,
H.
Naito
,
T.
Arie
,
S.
Akita
, and
K.
Takei
,
Adv. Healthcare Mater.
6
,
1700495
(
2017
).
6.
D.
Yamamoto
,
S.
Nakata
,
K.
Kanao
,
T.
Arie
,
S.
Akita
, and
K.
Takei
,
Adv. Mater. Technol.
2
,
1700057
(
2017
).
7.
Y.
Liu
,
J. J. S.
Norton
,
R.
Qazi
,
Z.
Zou
,
K. R.
Ammann
,
H.
Liu
,
L.
Yan
,
P. L.
Tran
,
K.-I.
Jang
,
J. W.
Lee
,
D.
Zhang
,
K. A.
Kilian
,
S. H.
Jung
,
T.
Bretl
,
J.
Xiao
,
M. J.
Slepian
,
Y.
Huang
,
J.-W.
Jeong
, and
J. A.
Rogers
,
Sci. Adv.
2
,
e1601185
(
2016
).
8.
Y.
Yamamoto
,
S.
Harada
,
D.
Yamamoto
,
W.
Honda
,
T.
Arie
,
S.
Akita
, and
K.
Takei
,
Sci. Adv.
2
,
e1601473
(
2016
).
9.
H.
Talhouet
and
J. G.
Webster
,
Physiol. Meas.
17
,
81
93
(
1996
).
10.
H.
Yeon
,
H.
Lee
,
Y.
Kim
,
D.
Lee
,
Y.
Lee
,
J.-S.
Lee
,
J.
Shin
,
C.
Choi
,
J.-H.
Kang
,
J. M.
Suh
,
H.
Kim
,
H. S.
Kum
,
J.
Lee
,
D.
Kim
,
K.
Ko
,
B. S.
Ma
,
P.
Lin
,
S.
Han
,
S.
Kim
,
S.-H.
Bae
,
T.-S.
Kim
,
M.-C.
Park
,
Y.-C.
Joo
,
E.
Kim
,
J.
Han
, and
J.
Kim
,
Sci. Adv.
7
,
eabg8459
(
2021
).
11.
Z.
Li
,
M.
Zhu
,
J.
Shen
,
Q.
Qiu
,
J.
Yu
, and
B.
Ding
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
1908411
(
2019
).
12.
A.
Miyamoto
,
S.
Lee
,
N. F.
Cooray
,
S.
Lee
,
M.
Mori
,
N.
Matsuhisa
,
H.
Jin
,
L.
Yoda
,
T.
Yokota
,
A.
Itoh
,
M.
Sekino
,
H.
Kawasaki
,
T.
Ebihara
,
M.
Amagai
, and
T.
Someya
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
907
913
(
2017
).
13.
Y.
Tang
and
J.
Yin
,
Extreme Mech. Lett.
12
,
77
85
(
2017
).
14.
Y.
Tang
,
G.
Lin
,
L.
Han
,
S.
Qiu
,
S.
Yang
, and
J.
Yin
,
Adv. Mater.
27
,
7181
7190
(
2015
).
15.
K.
Xu
,
Y.
Lu
, and
K.
Takei
,
Adv. Mater. Technol.
4
,
1800628
(
2019
).
16.
K.
Takei
,
W.
Honda
,
S.
Harada
,
T.
Arie
, and
S.
Akita
,
Adv. Healthcare Mater.
4
,
487
500
(
2015
).
17.
K.
Xu
,
Y.
Lu
, and
K.
Takei
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2007436
(
2021
).
18.
J.
Heikenfeld
,
A.
Jajack
,
J.
Rogers
,
P.
Gutruf
,
L.
Tian
,
T.
Pan
,
R.
Li
,
M.
Khine
,
J.
Kim
,
J.
Wang
, and
J.
Kim
,
Lab Chip
18
,
217
248
(
2018
).
19.
F.
Wang
,
P.
Jin
,
Y.
Feng
,
J.
Fu
,
P.
Wang
,
X.
Liu
,
Y.
Zhang
,
Y.
Ma
,
Y.
Yang
,
A.
Yang
, and
X.
Feng
,
Sci. Adv.
7
,
eabi9283
(
2021
).
20.
J. R.
Sempionatto
,
M.
Lin
,
L.
Yin
,
E.
De la Paz
,
K.
Pei
,
T.
Sonsa-Ard
,
A. N.
de Loyola Silva
,
A. A.
Khorshed
,
F.
Zhang
,
N.
Tostado
,
S.
Xu
, and
J.
Wang
,
Nat. Biomed. Eng.
5
,
737
748
(
2021
).
21.
Y.
Xuan
,
Y.
Lu
,
S.
Honda
,
T.
Arie
,
S.
Akita
, and
K.
Takei
,
Adv. Mater. Technol.
6
,
2100259
(
2021
).
22.
C.
Lim
,
Y. J.
Hong
,
J.
Jung
,
Y.
Shin
,
S.-H.
Sunwoo
,
S.
Baik
,
O. K.
Park
,
S. H.
Choi
,
T.
Hyeon
,
J. H.
Kim
,
S.
Lee
, and
D.-H.
Kim
,
Sci. Adv.
7
,
eabd3716
(
2021
).
23.
K.
Kwon
,
J. U.
Kim
,
Y.
Deng
,
S. R.
Krishnan
,
J.
Choi
,
H.
Jang
,
K.
Lee
,
C.-J.
Su
,
I.
Yoo
,
Y.
Wu
,
L.
Lipschultz
,
J.-H.
Kim
,
T. S.
Chung
,
D.
Wu
,
Y.
Park
,
T.-i.
Kim
,
R.
Ghaffari
,
S.
Lee
,
Y.
Huang
, and
J. A.
Rogers
,
Nat. Electron.
4
,
302
312
(
2021
).
24.
Y.
Yu
,
J.
Nassar
,
C.
Xu
,
J.
Min
,
Y.
Yang
,
A.
Dai
,
R.
Doshi
,
A.
Huang
,
Y.
Song
,
R.
Gehlhar
,
A. D.
Ames
, and
W.
Gao
,
Sci. Robot.
5
,
eaaz7946
(
2020
).
25.
Y.
Yang
,
Y.
Song
,
X.
Bo
,
J.
Min
,
O. S.
Pak
,
L.
Zhu
,
M.
Wang
,
J.
Tu
,
A.
Kogan
,
H.
Zhang
,
T. K.
Hsiai
,
Z.
Li
, and
W.
Gao
,
Nat. Biotechnol.
38
,
217
224
(
2020
).
26.
S.
Nakata
,
M.
Shiomi
,
Y.
Fujita
,
T.
Arie
,
S.
Akita
, and
K.
Takei
,
Nat. Electron.
1
,
596
603
(
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.