“電子墨水”可監(jiān)測腦電波 有望拓展非侵入式腦機接口技術應用

打印在頭皮上的電子文身墨水。圖片來源:美國得克薩斯大學奧斯汀分校
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科技日報北京12月3日電 (記者張佳欣)美國得克薩斯大學奧斯汀分校團隊首次發(fā)明了一種液體電子文身墨水,醫(yī)生可將其打印在患者頭皮上,作為傳感器以測量大腦活動。該研究可為目前監(jiān)測腦電波和診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供一種有前景的替代方案,有望改進非侵入性腦機接口設備的設計方式并拓展其應用范圍。相關論文2日刊發(fā)于《細胞生物材料》雜志上。
該團隊一直在開發(fā)一種可追蹤人體皮膚表面身體信號的電子文身傳感器。將其應用于胸部可測量心臟活動,應用于肌肉可測量疲勞程度,應用于腋下則可測量汗液成分。過去,電子文身傳感器通常被打印在薄薄的一層黏合材料上,然后再轉移到皮膚上,但這種方法只適用于無毛發(fā)區(qū)域。
設計出與毛發(fā)皮膚兼容的材料,一直是電子文身傳感器技術開發(fā)面臨的一個長期挑戰(zhàn)?,F(xiàn)在,團隊設計了一種由導電聚合物制成的液體墨水。這種墨水可流過毛發(fā)到達頭皮,干燥后可充當薄膜傳感器,通過頭皮采集大腦活動。
利用計算機算法,團隊可在患者頭皮上找出腦電圖電極的點位。然后,使用數(shù)控噴墨打印機將一層薄薄的電子文身墨水噴灑到這些點位上。該過程快速、無需接觸,不會讓患者感到不適。
團隊在5名頭發(fā)較短的參與者頭皮上打印了墨水。同時,他們也在電子文身旁邊貼上了傳統(tǒng)的腦電圖電極。結果發(fā)現(xiàn),這種墨水在檢測腦電波方面的表現(xiàn)同樣出色,且噪聲極小。
傳統(tǒng)電極上的凝膠6個小時后開始變干,超過三分之一的電極未能接收到任何信號。而電子文身墨水至少在24小時內(nèi)保持了穩(wěn)定的連接。
團隊計劃未來在墨水中嵌入無線數(shù)據(jù)發(fā)射器,以實現(xiàn)完全無線的腦電圖過程。
人們對電子墨水技術并不陌生,電子墨水屏手機、錢包、遙控器都是常見的應用。該技術的一大優(yōu)點是柔軟,可用在各種表面,如紙上、布上,甚至皮膚上。另外,電子墨水不需要恒定電源,其耗能微乎其微。其實,電子墨水文身一開始真的只是文身,年輕人用它“瞬間切換圖案”,彰顯出“個性”。現(xiàn)在有心之人將它與醫(yī)療技術結合,開辟出廣闊的應用空間,成為名副其實的“黑科技”。神奇的技術潛伏在我們身邊,需要創(chuàng)意把它召喚出來。
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