Дата:
13 мая 2020 года
Источник:
Технологический университет Граца
Резюме:
Исследователи разработали сверхлегкие татуировочные электроды, которые едва заметны на коже и делают долгосрочные измерения мозговой активности дешевле и проще.
В 2015 году Франческо Греко, руководитель лаборатории прикладных материалов для печатной и мягкой электроники (LAMPSe) Института физики твердого тела при Технологическом Университете Граца, совместно с итальянскими учеными разработал так называемые "татуировочные электроды". Это проводящие полимеры, которые печатаются с помощью струйного принтера на стандартной татуировочной бумаге, а затем приклеиваются к коже, как переводы для измерения сердечной или мышечной активности.
Этот тип электрода, оптимизированный в 2018 году, открыл совершенно новые пути в электрофизиологических исследованиях, таких как электрокардиография (ЭКГ) или электромиография (ЭМГ). Благодаря толщине от 700 до 800 нанометров-то есть примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса-татуировки адаптируются к неровной коже и едва заметны на теле. Кроме того," татуировки " - это сухие электроды; в отличие от гелевых электродов, они работают без жидкого интерфейса и не могут высохнуть. Они превосходно подходят для длительных измерений. Даже волосы, растущие через татуировку, не мешают записи сигнала.
Новое поколение электродов татуировки
Опираясь на это новаторское достижение, Греко вместе с Эсмой Исмаиловой (Департамент биоэлектроники, Высшая Национальная школа шахт Сент-Этьена, Франция) и Лаурой Феррари (институт Биороботики, Scuola Superiore Sant'Anna, Италия) в настоящее время достигли еще одной важной вехи в измерении биоэлектрических сигналов: группа модифицировала татуировочные электроды таким образом, что они также могут быть использованы в электроэнцефалографии (ЭЭГ) - то есть для измерения мозговой активности.
Для этого исследователи использовали тот же подход, что и в 2018 году, то есть струйную печать проводящего полимера на татуировочной бумаге. Состав и толщина переносной бумаги и проводящего полимера были оптимизированы для достижения еще лучшего соединения между электродом татуировки и кожей и для записи сигналов ЭЭГ с максимальным качеством, поскольку: "мозговые волны находятся в низкочастотном диапазоне, а сигналы ЭЭГ имеют очень низкую амплитуду. Их гораздо труднее запечатлеть в высоком качестве, чем сигналы ЭМГ или ЭКГ", - объясняет Лаура Феррари, которая работала над этим проектом во время своей докторской диссертации и теперь является исследователем-постдоком во Франции.
Испытания в реальных клинических условиях показали, что измерение ЭЭГ с оптимизированными татуировками так же успешно, как и с обычными электродами ЭЭГ. "Однако благодаря струйной печати и коммерчески доступным подложкам наши татуировки значительно дешевле нынешних электродов ЭЭГ, а также предлагают больше преимуществ с точки зрения комфорта ношения и долгосрочных измерений в прямом сравнении", - говорит греко.
Первые в истории Мэг-совместимые сухие электроды
Новые электроды татуировки - это самый первый тип сухих электродов, который подходит для длительных измерений ЭЭГ и в то же время совместим с магнитоэнцефалографией (Мэг). Мэг-это хорошо зарекомендовавший себя метод мониторинга мозговой активности, для которого пока можно использовать только так называемые "мокрые электроды". Такие электроды работают на основе электролита, геля или электродной пасты, а значит, быстро высыхают и непригодны для длительных измерений. Новое поколение татуировочных электродов состоит исключительно из проводящих полимеров, т. е. он не содержит никаких металлов, которые могут быть проблематичными для Мэг-исследований, и печатается исключительно с помощью струйной печати. "С помощью нашего метода мы производим идеальный Мэг-совместимый электрод, одновременно сокращая затраты и время производства", - радостно говорит Греко. В настоящее время исследователь TU Graz разрабатывает идеи о том, как эта технология может быть использована в клиниках и нейроинженерии, а также в области компьютерных интерфейсов мозга.