Новости

Nov 06, 2023

Измерение сигнала мозга с помощью печатных тату-электродов

13 мая 2020 г.

13 мая 2020 г.

Технологический университет Граца

В 2015 году Франческо Греко, руководитель Лаборатории прикладных материалов для печатной и программной электроники (LAMPSe) Института физики твердого тела Технологического университета Граца, совместно с итальянскими учёными разработал так называемые «тату-электроды».

Это проводящие полимеры, которые печатаются с помощью струйного принтера на стандартной бумаге для татуировок, а затем прикрепляются к коже, как трансферы для измерения активности сердца или мышц.

Этот тип электродов, 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 практически не заметны на теле.

Причем «тату» представляют собой сухие электроды; в отличие от гелевых электродов, они работают без границы раздела с жидкостью и не могут высыхать.

Они превосходно подходят для длительных измерений. Даже волосы, растущие сквозь татуировку, не мешают записи сигнала.

Опираясь на это новаторское достижение, Греко вместе с Эсмой Исмаиловой (факультет биоэлектроники, Национальная высшая горнодобывающая школа Сент-Этьен, Франция) и Лаурой Феррари (Институт биоробототехники, Школа Супериоре Сант-Анна, Италия) добились Еще одна веха в измерении биоэлектрических сигналов: группа модифицировала тату-электроды таким образом, что их можно также использовать в электроэнцефалографии (ЭЭГ), то есть для измерения активности мозга.

Для этого исследователи использовали тот же подход, что и в 2018 году, а именно струйную печать проводящего полимера на бумаге для татуировок. Состав и толщина переводной бумаги и проводящего полимера были оптимизированы для достижения еще лучшего соединения между тату-электродом и кожей и записи сигналов ЭЭГ с максимальным качеством, потому что:

«Мозговые волны находятся в низкочастотном диапазоне, а сигналы ЭЭГ имеют очень низкую амплитуду. Их гораздо сложнее уловить в высоком качестве, чем сигналы ЭМГ или ЭКГ», — объясняет Лаура Феррари, которая работала над этим проектом во время своей докторской диссертации. и сейчас является постдоком-исследователем во Франции.

Испытания в реальных клинических условиях показали, что измерение ЭЭГ с помощью оптимизированных татуировок столь же успешно, как и с использованием обычных электродов ЭЭГ.

«Однако благодаря струйной печати и коммерчески доступным подложкам наши татуировки значительно дешевле, чем нынешние электроды ЭЭГ, а также предлагают больше преимуществ с точки зрения комфорта при ношении и долгосрочных измерений при прямом сравнении», — говорит Греко.

Новые тату-электроды — это первый тип сухих электродов, который подходит для долгосрочных измерений ЭЭГ и в то же время совместим с магнитоэнцефалографией (МЭГ). МЭГ — хорошо зарекомендовавший себя метод мониторинга активности мозга, для которого пока можно использовать только так называемые «мокрые электроды».

Такие электроды работают на основе электролита, геля или электродной пасты, поэтому быстро высыхают и непригодны для длительных измерений. Новое поколение тату-электродов состоит исключительно из проводящих полимеров, т.е. не содержит металлов, которые могут быть проблематичными для МЭГ-исследований, и печатается исключительно с помощью струйной печати.

«Благодаря нашему методу мы производим идеальные МЭГ-совместимые электроды, одновременно сокращая затраты и время производства», — радостно говорит Греко. Исследователь из ТУ Граца в настоящее время обдумывает идеи о том, как эту технологию можно использовать в клиниках и в нейроинженерии, а также в области мозговых компьютерных интерфейсов.