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Nov 06, 2023

Misurazione del segnale cerebrale utilizzando elettrodi per tatuaggio stampati

May 13, 2020

13 maggio 2020

dal Politecnico di Graz

Nel 2015 Francesco Greco, capo del Laboratorio di materiali applicati per l'elettronica stampata e morbida (LAMPSe) presso l'Istituto di fisica dello stato solido dell'Università di Tecnologia di Graz, ha sviluppato i cosiddetti "elettrodi per tatuaggio" insieme a scienziati italiani.

Si tratta di polimeri conduttivi che vengono stampati utilizzando una stampante a getto d'inchiostro su carta per tatuaggi standard e poi attaccati alla pelle come trasferimenti per misurare l'attività cardiaca o muscolare.

Questo tipo di elettrodo, ottimizzato nel 2018, ha aperto strade completamente nuove negli esami elettrofisiologici, come l'elettrocardiografia (ECG) o l'elettromiografia (EMG). Grazie allo spessore compreso tra 700 e 800 nanometri, ovvero circa 100 volte più sottile di un capello umano, i tatuaggi si adattano alla pelle irregolare e sono difficilmente visibili sul corpo.

Inoltre i “tatuaggi” sono elettrodi asciutti; a differenza degli elettrodi gel, funzionano senza interfaccia liquida e non possono seccarsi.

Sono particolarmente adatti per misurazioni a lungo termine. Anche i peli che crescono attraverso il tatuaggio non interferiscono con la registrazione del segnale.

Basandosi su questo risultato pionieristico, Greco, insieme a Esma Ismailova (Dipartimento di Bioelettronica, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Francia) e Laura Ferrari (Istituto di BioRobotica, Scuola Superiore Sant'Anna, Italia), ha ora raggiunto un Un'altra pietra miliare nella misurazione dei segnali bioelettrici: il gruppo ha modificato gli elettrodi del tatuaggio in modo tale che possano essere utilizzati anche nell'elettroencefalografia (EEG), cioè per misurare l'attività cerebrale.

Per fare ciò, i ricercatori hanno utilizzato lo stesso approccio del 2018, ovvero la stampa a getto d’inchiostro di polimero conduttivo su carta per tatuaggi. La composizione e lo spessore della carta transfer e del polimero conduttivo sono stati ottimizzati per ottenere una connessione ancora migliore tra l'elettrodo del tatuaggio e la pelle e per registrare i segnali EEG con la massima qualità, perché:

"Le onde cerebrali rientrano nella gamma delle basse frequenze e i segnali EEG hanno un'ampiezza molto bassa. Sono molto più difficili da catturare in alta qualità rispetto ai segnali EMG o ECG", spiega Laura Ferrari, che ha lavorato a questo progetto durante il suo dottorato. e ora è un ricercatore post-doc in Francia.

Test in condizioni cliniche reali hanno dimostrato che la misurazione EEG con i tatuaggi ottimizzati ha lo stesso successo degli elettrodi EEG convenzionali.

"Grazie alla stampa a getto d'inchiostro e ai substrati disponibili in commercio, tuttavia, i nostri tatuaggi sono significativamente meno costosi degli attuali elettrodi EEG e offrono anche maggiori vantaggi in termini di comfort e misurazioni a lungo termine nel confronto diretto", afferma Greco.

I nuovi elettrodi per tatuaggio sono il primo tipo di elettrodo secco adatto per misurazioni EEG a lungo termine e allo stesso tempo compatibile con la magnetoencefalografia (MEG). Il MEG è un metodo consolidato per il monitoraggio dell'attività cerebrale, per il quale finora possono essere utilizzati solo i cosiddetti "elettrodi bagnati".

Tali elettrodi funzionano sulla base di elettrolita, gel o pasta per elettrodi, si seccano quindi rapidamente e non sono adatti per misurazioni a lungo termine. La nuova generazione di elettrodi per tatuaggio è composta esclusivamente da polimeri conduttivi, cioè non contiene metalli che potrebbero creare problemi per gli esami MEG, e viene stampata esclusivamente con getto d'inchiostro.

"Con il nostro metodo produciamo l'elettrodo perfetto compatibile con MEG riducendo allo stesso tempo costi e tempi di produzione", afferma soddisfatto Greco. Il ricercatore della TU Graz sta attualmente elaborando idee su come questa tecnologia possa essere utilizzata nelle cliniche e nella neuroingegneria, nonché nel campo delle interfacce cervello-computer.