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使用打印的紋身電極測量大腦信號

研究人員已經開發出了在皮膚上很難被發現的超輕紋身電極,這使得長期測量大腦活動更便宜、更容易。

2015年,格拉茨科技大學(Graz University of Technology)固體物理研究所(Institute of Solid State Physics)印刷與軟電子應用材料實驗室(LAMPSe)主任弗朗西斯科·格列柯(Francesco Greco)與意大利科學家一起開發了所謂的“紋身電極”。這是一種導電聚合物,使用噴墨打印機在標準的紋身紙上打印出來,然后像轉移一樣貼在皮膚上,以測量心臟或肌肉活動。

這種電極在2018年得到了優化,為電生理檢查開辟了全新的途徑,比如心電圖(ECG)或肌電圖(EMG)。由于紋身的厚度在700到800納米之間,大約比人的頭發還要薄100倍,所以紋身能適應不均勻的皮膚,在身體上幾乎看不出來。此外,“紋身”是干電極;與凝膠電極相比,它們沒有液體界面,也不會干透。它們非常適合長期測量。甚至在紋身處生長的毛發也不會干擾信號記錄。

新一代紋身電極

在這開創性的成就的基礎上,希臘和歐洲證券與市場管理局Ismailova(生物電子學、法國巴黎des礦山德圣艾蒂安,法國)和勞拉法拉利(生物機器人研究所師范學校Superiore圣,意大利),現在已經取得了進一步的里程碑生物電測量信號:集團修改了紋身電極,這樣它們也可以被用于腦電圖(EEG)——即對大腦活動進行測量。

為了做到這一點,研究人員采用了與2018年相同的方法,即在紋身紙上用導電聚合物進行噴墨打印。轉移紙的成分和厚度和導電聚合物優化達到一個更好的紋身電極與皮膚之間的聯系和記錄EEG信號以最高的質量,因為:“腦電波在低頻率范圍和腦電圖信號有一個非常低的振幅。它們比EMG或ECG信號更難捕捉到。”Laura Ferrari解釋道,她在博士期間參與了這個項目,現在是法國的一名博士后研究員。

在實際臨床條件下的測試表明,優化紋身的腦電圖測量與傳統腦電圖電極一樣成功。“然而,由于噴墨打印和商業上可用的襯底,我們的紋身比目前的腦電圖電極要便宜得多,而且在穿戴舒適和長期測量方面也有更多的優勢,”Greco說。

首次鎂兼容干電極

新型紋身電極是第一種干電極類型,適用于長期腦電圖測量,同時與腦磁圖(MEG)兼容。腦磁圖是一種成熟的監測大腦活動的方法,目前為止,只有所謂的“濕電極”可以使用。這種電極在電解液、凝膠或電極糊的基礎上工作,因此干得很快,不適合長期測量。新一代紋身電極完全由導電聚合物組成,即它不包含任何金屬,可能有問題的MEG檢查,并打印完全與噴墨。“用我們的方法,我們生產完美的鎂兼容電極,同時降低成本和生產時間,”格列柯高興地說。格拉茨大學的研究人員目前正在設想如何將這項技術應用于臨床、神經工程以及腦機接口領域。

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