În premieră, oamenii de ştiinţă au inventat o cerneală lichidă pe care medicii o pot imprima pe scalpul unui pacient pentru a măsura activitatea cerebrală.
Tehnologia, prezentată la 2 decembrie în revista Cell Biomaterials, oferă o alternativă promiţătoare la procesul greoi utilizat în prezent pentru monitorizarea undelor cerebrale şi diagnosticarea afecţiunilor neurologice. De asemenea, are potenţialul de a îmbunătăţi aplicaţiile non-invazive de interfaţă creier-computer.
„Inovaţiile noastre în ceea ce priveşte proiectarea senzorilor, cerneala biocompatibilă şi imprimarea de mare viteză deschid calea pentru fabricarea viitoare a senzorilor de tatuaje electronice pe corp, cu aplicaţii largi atât într-un cadru clinic, cât şi în afara acestora”, spune Nanshu Lu, coautor al lucrării de la Universitatea Texas.
Electroencefalografia (EEG) este un instrument important pentru diagnosticarea unei varietăţi de afecţiuni neurologice, inclusiv convulsiile, tumorile cerebrale, epilepsia şi leziunile cerebrale. În timpul unui test EEG tradiţional, tehnicienii măsoară scalpul pacientului cu rigle şi creioane, marcând peste o duzină de puncte unde vor lipi electrozii, care sunt conectaţi la un aparat de colectare a datelor prin fire lungi pentru a monitoriza activitatea cerebrală a pacientului. Această configuraţie necesită mult timp şi este greoaie şi poate fi inconfortabilă pentru mulţi pacienţi, care trebuie să suporte testul EEG timp de câteva ore.
Laboratorul din Texas este pionierul dezvoltării unor senzori mici care urmăresc semnalele corporale de pe suprafaţa pielii umane, o tehnologie cunoscută sub denumirea de tatuaje electronice (e-tatuaje). Oamenii de ştiinţă au aplicat tatuaje electronice pe piept pentru a măsura activitatea inimii, pe muşchi pentru a măsura starea de oboseală a acestora şi chiar sub axilă pentru a măsura componentele transpiraţiei.
În trecut, tatuajele electronice erau de obicei imprimate pe un strat subţire de material adeziv înainte de a fi transferate pe piele, însă acest procedeu era eficient doar pe zonele fără păr.
„Proiectarea materialelor care sunt compatibile cu pielea cu păr a reprezentat o provocare persistentă în tehnologia e-tattoo”, spune Lu.
Pentru a depăşi această problemă, echipa a conceput un tip de cerneală lichidă realizată din polimeri conductori. Cerneala poate curge prin păr pentru a ajunge la scalp şi, odată uscată, funcţionează ca un senzor cu film subţire, detectând activitatea cerebrală prin scalp.
Video: Imprimarea electrozilor pe un scalp păros. Credit: Nanshu Lu, Universitatea Texas, decembrie 2024
Cu ajutorul unui algoritm computerizat, cercetătorii pot proiecta zonele pentru electrozii EEG pe scalpul pacientului. Apoi, ei folosesc o imprimantă cu jet de cerneală controlată digital pentru a pulveriza un strat subţire de cerneală e-tattoo pe aceste zone. Procesul este rapid, nu necesită contact şi nu provoacă disconfort pacienţilor, au declarat cercetătorii.
Echipa a imprimat electrozi e-tattoo pe scalpul a cinci participanţi cu părul scurt. De asemenea, au ataşat electrozi EEG convenţionali lângă e-tattoo-uri. Echipa a constatat că tatuajele electronice au avut rezultate comparabile la detectarea undelor cerebrale cu un zgomot minim.
După şase ore, gelul de pe electrozii convenţionali a început să se usuce. Peste o treime dintre aceşti electrozi nu au mai recepţionat niciun semnal, deşi majoritatea electrozilor rămaşi au avut un contact redus cu pielea, ceea ce a dus la o detectare mai puţin precisă a semnalului. Electrozii e-tattoo, pe de altă parte, au prezentat o conectivitate stabilă timp de cel puţin 24 de ore.
În plus, cercetătorii au modificat formula cernelii şi au imprimat linii e-tattoo care merg de la electrozi până la baza capului pentru a înlocui firele utilizate într-un test EEG standard.
„Această modificare a permis firelor imprimate să conducă semnalele fără a capta noi semnale pe parcurs”, spune unul dintre autori, Ximin He de la Universitatea California, din Los Angeles.
Echipa a ataşat apoi fire fizice mult mai scurte între tatuaje la un mic dispozitiv care colectează date despre undele cerebrale. Echipa a declarat că, în viitor, intenţionează să integreze transmiţătoare de date fără fir în tatuajele electronice pentru a realiza un proces EEG complet fără fir.
„Studiul nostru ar putea revoluţiona modul în care sunt concepute dispozitivele de interfaţă creier-computer neinvazive”, spune autorul corespondent José Millán, de la Universitatea Texas.
Dispozitivele de interfaţă creier-computer funcţionează prin înregistrarea activităţilor cerebrale asociate cu o funcţie, cum ar fi vorbirea sau mişcarea, şi le utilizează pentru a controla un dispozitiv extern fără a fi necesară mişcarea unui muşchi.
În prezent, aceste dispozitive implică adesea o cască mare care este greu de utilizat. Tatuajele electronice au potenţialul de a înlocui dispozitivul extern şi de a imprima componentele electronice direct pe capul unui pacient, făcând tehnologia interfeţei creier-computer mai accesibilă, spune cercetătorii americani care au dezvoltat această abordare.
Foto articol: Configuraţie EEG cu electrozi e-tattoo. Credit: Nanshu Lu, Universitatea Texas, decembrie 2024
