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欧洲研制出可测量大脑信号的“纹身电极”
2020-05-15

【据美国科技探索网站2020年5月13日报道】2015年,奥地利格拉茨技术大学固体物理研究所印刷与软电子应用材料实验室(LAMPSe)与意大利研究人员一起开发了所谓的“纹身电极”。该电极是一种导电聚合物,使用喷墨打印机将其打印在标准的纹身纸上,然后贴在皮肤表面,以测量心脏或肌肉活动。

2018年,研究人员对该电极进行了优化,为心电图(ECG)和肌电图(EMG)等电生理检查提供了新的途径。由于该电极的厚度为700至800纳米(比人的头发细100倍),所以其能够适应凹凸不平的皮肤,且很难被发现。

此外,“纹身”为干电极,与凝胶电极相比,即便其没有液体界面也不会变干。而且其信号记录不会受到毛发生长的干扰,因此特别适合长期测量。

新一代“纹身电极”

在这一开创性成就的基础上,奥地利格拉茨技术大学固体物理研究所印刷与软电子应用材料实验室、法国圣埃蒂安国立高等矿业学校生物电子系和意大利圣安娜高等研究学院生物机器人研究所的研究人员们又取得了新的进展,研究团队对“纹身电极”进行了改良,使其可以被用于脑电图(EEG)的测量。

研究人员采用了与2018年相同的方法,即在纹身纸上喷墨打印导电聚合物。他们优化了纹身纸和导电聚合物的组成和厚度,使纹身电极与皮肤之间连接更加紧密,从而确保了脑电图信号的记录。

研究人员解释说:“脑电波属于低频波段,脑电图信号的振幅非常低。它们比心电图或肌电图信号更难捕捉。”

在临床条件下的测试表明,使用优化后的“纹身电极”与使用传统电极所测量的脑电图几乎没有差别。

研究人员表示:“由于喷墨打印技术,我们的‘纹身电极’比传统的脑电图电极成本要低得多,而且在穿戴舒适和长期测量方面也有更多的优势。”

首个兼容脑磁图的干电极

新型“纹身电极”是首个适用于长期脑电图测量,同时与脑磁图(MEG)兼容的干电极。脑磁图是一种成熟的监测大脑活动的方法,但到目前为止,只有“湿电极”才能实现脑磁图的测量。

然而“湿电极”需要在电解质、凝胶或电极膏的基础上工作,因此干得很快,不适合长期测量。新一代“纹身电极”能够解决这一问题:其完全由导电聚合物组成,且不含任何会干扰脑磁图测量的金属,只需喷墨打印即可制成。

研究人员说:“采用该方法,可生产出既能完美兼容脑磁图,又能大大降低成本和生产周期的电极。”他们目前正在设想如何将该技术应用于临床、神经工程以及脑机接口领域。(国家工业信息安全发展研究中心 刘彧宽)

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