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Nov 06, 2023

Medición de señales cerebrales usando electrodos de tatuaje impresos

13 de mayo de 2020

13 de mayo de 2020

por la Universidad Tecnológica de Graz

En 2015, Francesco Greco, jefe del Laboratorio de Materiales Aplicados para Electrónica Impresa y Suave (LAMPSe) en el Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Tecnológica de Graz, desarrolló los llamados "electrodos de tatuaje" junto con científicos italianos.

Estos son polímeros conductores que se imprimen con una impresora de inyección de tinta en papel de tatuaje estándar y luego se adhieren a la piel como transferencias para medir la actividad cardíaca o muscular.

Este tipo de electrodo, optimizado en 2018, abrió caminos completamente nuevos en los exámenes electrofisiológicos, como la electrocardiografía (ECG) o la electromiografía (EMG). Gracias a un grosor de 700 a 800 nanómetros, que es unas 100 veces más delgado que un cabello humano, los tatuajes se adaptan a la piel irregular y apenas se notan en el cuerpo.

Además, los "tatuajes" son electrodos secos; a diferencia de los electrodos de gel, funcionan sin una interfaz líquida y no se pueden secar.

Son excelentes para mediciones a largo plazo. Incluso los pelos que crecen a través del tatuaje no interfieren con la grabación de la señal.

Sobre la base de este logro pionero, Greco, junto con Esma Ismailova (Departamento de Bioelectrónica, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Francia) y Laura Ferrari (The BioRobotics Institute, Scuola Superiore Sant'Anna, Italia), ahora ha logrado un Otro hito en la medición de señales bioeléctricas: el grupo ha modificado los electrodos de tatuaje de tal manera que también se pueden utilizar en electroencefalografía (EEG), es decir, para medir la actividad cerebral.

Para hacer esto, los investigadores utilizaron el mismo enfoque que en 2018, es decir, la impresión por inyección de tinta de polímero conductor en papel de tatuaje. La composición y el grosor del papel transfer y el polímero conductor se han optimizado para conseguir una conexión aún mejor entre el electrodo del tatuaje y la piel y registrar las señales EEG con la máxima calidad, porque:

"Las ondas cerebrales están en el rango de baja frecuencia y las señales de EEG tienen una amplitud muy baja. Son mucho más difíciles de capturar en alta calidad que las señales de EMG o ECG", explica Laura Ferrari, quien trabajó en este proyecto durante su doctorado. y ahora es investigador postdoctoral en Francia.

Las pruebas en condiciones clínicas reales han demostrado que la medición de EEG con los tatuajes optimizados es tan exitosa como con los electrodos de EEG convencionales.

"Sin embargo, debido a la impresión de inyección de tinta y los sustratos disponibles comercialmente, nuestros tatuajes son significativamente menos costosos que los electrodos EEG actuales y también ofrecen más ventajas en términos de comodidad de uso y mediciones a largo plazo en comparación directa", dice Greco.

Los nuevos electrodos de tatuaje son el primer tipo de electrodo seco adecuado para mediciones de EEG a largo plazo y, al mismo tiempo, compatible con magnetoencefalografía (MEG). MEG es un método bien establecido para monitorear la actividad cerebral, para el cual hasta ahora solo se pueden usar los llamados "electrodos húmedos".

Dichos electrodos funcionan a base de electrolito, gel o pasta de electrodos y, por lo tanto, se secan rápidamente y no son adecuados para mediciones a largo plazo. La nueva generación de electrodos para tatuajes se compone exclusivamente de polímeros conductores, es decir, no contiene ningún metal que pueda ser problemático para los exámenes MEG y se imprime exclusivamente con inyección de tinta.

"Con nuestro método, producimos el electrodo compatible con MEG perfecto mientras reducimos los costos y el tiempo de producción", dice felizmente Greco. El investigador de TU Graz actualmente está generando ideas sobre cómo se puede usar esta tecnología en clínicas y en neuroingeniería, así como en el campo de las interfaces cerebro-computadora.

Los detalles del último desarrollo de la alianza de investigación de Estiria, Italia y Francia se pueden leer en la revista npj Flexible Electronics.

Más información: Laura M. Ferrari et al. Realización de electrodos de tatuaje de polímero en electroencefalografía y magnetoencefalografía clínica, npj Flexible Electronics (2020). DOI: 10.1038/s41528-020-0067-z