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使用打印的纹身电极测量大脑信号

研究人员已经开发出了在皮肤上很难被发现的超轻纹身电极,这使得长期测量大脑活动更便宜、更容易。

2015年,格拉茨科技大学(Graz University of Technology)固体物理研究所(Institute of Solid State Physics)印刷与软电子应用材料实验室(LAMPSe)主任弗朗西斯科·格列柯(Francesco Greco)与意大利科学家一起开发了所谓的“纹身电极”。这是一种导电聚合物,使用喷墨打印机在标准的纹身纸上打印出来,然后像转移一样贴在皮肤上,以测量心脏或肌肉活动。

这种电极在2018年得到了优化,为电生理检查开辟了全新的途径,比如心电图(ECG)或肌电图(EMG)。由于纹身的厚度在700到800纳米之间,大约比人的头发还要薄100倍,所以纹身能适应不均匀的皮肤,在身体上几乎看不出来。此外,“纹身”是干电极;与凝胶电极相比,它们没有液体界面,也不会干透。它们非常适合长期测量。甚至在纹身处生长的毛发也不会干扰信号记录。

新一代纹身电极

在这开创性的成就的基础上,希腊和欧洲证券与市场管理局Ismailova(生物电子学、法国巴黎des矿山德圣艾蒂安,法国)和劳拉法拉利(生物机器人研究所师范学校Superiore圣,意大利),现在已经取得了进一步的里程碑生物电测量信号:集团修改了纹身电极,这样它们也可以被用于脑电图(EEG)——即对大脑活动进行测量。

为了做到这一点,研究人员采用了与2018年相同的方法,即在纹身纸上用导电聚合物进行喷墨打印。转移纸的成分和厚度和导电聚合物优化达到一个更好的纹身电极与皮肤之间的联系和记录EEG信号以最高的质量,因为:“脑电波在低频率范围和脑电图信号有一个非常低的振幅。它们比EMG或ECG信号更难捕捉到。”Laura Ferrari解释道,她在博士期间参与了这个项目,现在是法国的一名博士后研究员。

在实际临床条件下的测试表明,优化纹身的脑电图测量与传统脑电图电极一样成功。“然而,由于喷墨打印和商业上可用的衬底,我们的纹身比目前的脑电图电极要便宜得多,而且在穿戴舒适和长期测量方面也有更多的优势,”Greco说。

首次镁兼容干电极

新型纹身电极是第一种干电极类型,适用于长期脑电图测量,同时与脑磁图(MEG)兼容。脑磁图是一种成熟的监测大脑活动的方法,目前为止,只有所谓的“湿电极”可以使用。这种电极在电解液、凝胶或电极糊的基础上工作,因此干得很快,不适合长期测量。新一代纹身电极完全由导电聚合物组成,即它不包含任何金属,可能有问题的MEG检查,并打印完全与喷墨。“用我们的方法,我们生产完美的镁兼容电极,同时降低成本和生产时间,”格列柯高兴地说。格拉茨大学的研究人员目前正在设想如何将这项技术应用于临床、神经工程以及脑机接口领域。

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