研究人员开发出一种液体墨水，可直接印在头皮上监测大脑活动，为传统脑电图装置提供了一种侵入性较低的替代方法。这种墨水能够制作电子纹身，准确跟踪脑电波并长时间保持连接。 这些创新将极大地改变脑机接口技术的应用，使用户使用起来更加舒适和高效。
科学家们开发的一种新型液体墨水可以作为电子纹身印在头皮上，从而有效测量大脑活动，为传统脑电图提供了一种舒适的替代方法。 图片来源：Nanshu Lu
科学家们首次开发出一种突破性的液体墨水，可以直接印在病人的头皮上监测大脑活动。 这项创新技术于12月2日发表在《细胞生物材料》（Cell Biomaterials）杂志上，它为追踪脑电波和诊断神经系统疾病提供了一种比传统方法更简单、更有效的替代方法。 它还为推动无创脑机接口技术的发展带来了重大希望。
"我们在传感器设计、生物兼容墨水和高速打印方面的创新为未来在人体上制造电子纹身传感器铺平了道路，在临床内外都有广泛的应用，"共同通讯作者、德克萨斯大学奥斯汀分校研究员 Nanshu Lu 说。
脑电图（EEG）是诊断癫痫发作、脑肿瘤、癫痫和脑损伤等各种神经系统疾病的重要工具。 在传统的脑电图测试中，技术人员会用尺子和铅笔测量患者的头皮，在十几个点上做标记，然后粘上电极，电极通过长线连接到数据采集机，以监测患者的大脑活动。 这种设置既费时又繁琐，许多病人会感到不舒服，因为他们必须在脑电图测试中坐上几个小时。
卢和她的团队一直致力于开发从人体皮肤表面追踪身体信号的小型传感器，这种技术被称为电子纹身（e-tattoos）。 科学家们将电子纹身应用于胸部以测量心脏活动，应用于肌肉以测量疲劳程度，甚至应用于腋下以测量汗液成分。
过去，电子纹身通常先印在一层薄薄的粘合材料上，然后再转印到皮肤上，但这只对没有毛发的部位有效。"设计与多毛皮肤兼容的材料一直是电子纹身技术面临的挑战，"Lu 说。 为了克服这一难题，研究小组设计了一种由导电聚合物制成的液体墨水。 这种墨水可以穿过头发到达头皮，一旦干燥，它就可以作为薄膜传感器工作，通过头皮捕捉大脑活动。"
通过计算机算法，研究人员可以设计出病人头皮上的脑电图电极点。 然后，他们使用数字控制喷墨打印机在斑点上喷上一层薄薄的电子纹身墨水。 研究人员说，这个过程很快，无需接触，患者也不会感到不适。
研究小组在五名短发参与者的头皮上打印了电子纹身电极。 他们还在电子纹身旁边安装了传统的脑电图电极。 研究小组发现，电子纹身在检测脑电波方面的表现相当出色，噪音极小。
六小时后，传统电极上的凝胶开始变干。 超过三分之一的电极无法接收到任何信号，尽管大多数剩余电极与皮肤的接触减少，导致信号检测的准确性降低。 而电子纹身电极则在至少 24 小时内显示出稳定的连接性。
此外，研究人员还调整了墨水的配方，印制了从电极一直延伸到头部底部的电子纹身线，以取代标准脑电图测试中使用的电线。"加州大学洛杉矶分校的共同通讯作者何西敏（Ximin He）说："这种调整使印刷线能够传导信号，而不会沿途接收新的信号。
研究小组随后将纹身之间更短的物理电线连接到一个收集脑电波数据的小型设备上。 研究小组表示，今后他们计划在电子纹身中嵌入无线数据发射器，以实现完全无线的脑电图过程。
德克萨斯大学奥斯汀分校的共同通讯作者何塞-米兰（José Millán）说："我们的研究有可能彻底改变非侵入式脑机接口设备的设计方式。 脑机接口设备的工作原理是记录与语言或运动等功能相关的大脑活动，并利用这些活动控制外部设备，而无需移动肌肉。"
目前，这些设备通常需要一个大型头戴，使用起来非常麻烦。 米兰说，电子纹身有可能取代外部设备，将电子元件直接印在病人的头上，使脑机界面技术更容易获得。
编译自/ScitechDaily