Electrozi bioadezivi de tip fir de păr pentru înregistrarea cronică a activității EEG: o inovație discretă și fiabilă

Electroencefalografia (EEG) este o tehnică esențială pentru monitorizarea neinvazivă a activității cerebrale, utilizată atât în cercetarea neuroștiințifică, cât și în diagnosticul clinic. Cu toate acestea, obținerea unor semnale EEG fiabile pe termen lung rămâne o provocare majoră, în special din cauza interferențelor cauzate de părul scalpului, disconfortului fizic asociat electrozilor tradiționali și necesității utilizării gelurilor conductoare. Un nou studiu propune o soluție inovatoare: un dispozitiv EEG ultra-subțire, flexibil și bioadeziv, care imită firele de păr și poate fi purtat continuu, fără geluri sau disconfort, oferind înregistrări de înaltă fidelitate chiar și în prezența părului dens.
Sistemele EEG clasice, deși precise în medii controlate, sunt adesea limitate de disconfort, instabilitate în timpul mișcării și degradarea calității semnalului în utilizări cronice. Electrozii tradiționali (aur sau Ag/AgCl) necesită geluri care se usucă în timp, produc artefacte de mișcare și pot irita pielea. În plus, pentru monitorizarea pe termen lung (de exemplu, în epilepsie sau tulburări de somn), aceste metode devin invazive și dificil de acceptat de către pacienți. Apariția tehnologiilor moi și bioadezive permite acum dezvoltarea unor electrozi care se integrează perfect cu pielea, oferind atât confort, cât și stabilitate.

Despre dispozitivul de tip fir de păr

Design și materiale utilizate

Dispozitivul propus este realizat prin imprimare 3D de tip scriere directă cu cerneală, utilizând un hidrogel conductor pe bază de PEDOT\:PSS combinat cu poliuretan hidrofob. Structura este alcătuită din patru straturi:

• Două straturi de încapsulare din PDMS.
• Un strat conductor hidrogel central.
• Un strat bioadeziv imprimat selectiv în jurul electrozilor.

Partea de contact cu pielea este circulară (1,5 mm diametru), iar interconectările au o lățime de doar 300 μm, permițând integrarea estetică cu firele de păr naturale. Dispozitivul este disponibil în diferite culori pentru a se potrivi cu nuanțele părului, fiind practic invizibil pe scalp.

Bioadezivul personalizat-

Bioadezivul utilizat este un polimer integrat cu acid poli(acrilic), sintetizat prin polimerizare asistată de UV și optimizat pentru imprimare 3D. Acesta formează legături covalente cu pielea, oferind o forță de adeziune de 0,7 N/cm - de două ori mai puternică decât gelurile EEG comerciale. Bioadezivul este:

• Elastic (alungire până la 800%).
• Biocompatibil.
• Ușor de îndepărtat fără a lăsa reziduuri.
• Stabil la transpirație sau contact cu apă.

Performanță electrică și mecanică-

Evaluarea prin spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS) a arătat o impedanță semnificativ mai scăzută comparativ cu electrozii de aur comerciali:

• La 100 Hz: 14,83 kΩ (scalp) vs. 26,02 kΩ (încheietură).
• Impedanța s-a menținut constantă timp de 24 ore de purtare continuă.

Dispozitivul a fost testat pentru durabilitate mecanică în condiții de întindere repetată și pieptănare, menținând performanța electrică după 10, 50 și 100 cicluri. Rezistă la întinderi de până la 200%, păstrând integritatea structurală.

Performanță înregistrată EEG

Pentru validarea clinică, cercetătorii au înregistrat activitatea alfa EEG din regiunea occipitală în condiții de ochi închiși și deschiși:

• În starea cu ochii închiși s-a observat un vârf clar în densitatea spectrală de putere în jurul a 10 Hz - semnătura tipică a undelor alfa.
• În starea cu ochii deschiși, semnalul alfa a fost suprimat, conform fenomenului fiziologic cunoscut.

Comparativ cu electrozii aur-gel, dispozitivul de tip fir de păr a oferit un semnal EEG de calitate comparabilă sau superioară, fără a necesita pregătirea pielii sau reînnoirea gelurilor.

Stabilitate pe termen lung

EEG-ul a fost înregistrat după 0, 6, 12 și 24 de ore de purtare continuă. În toate etapele, calitatea semnalului s-a menținut stabilă, cu semnătura alfa clar vizibilă în starea cu ochii închiși. Acest aspect evidențiază robustețea adeziunii și fiabilitatea dispozitivului pentru monitorizare cronică.

Concluzii și perspective

Studiul cecretătorilor de la Penn State prezintă un progres semnificativ în domeniul tehnologiilor EEG portabile, introducând un dispozitiv discret, confortabil și stabil pentru înregistrarea cronică a activității cerebrale, chiar și în condiții dificile, precum scalpul cu păr dens. Prin combinarea unui design bio-mimetic cu materiale avansate și o arhitectură flexibilă, cercetătorii au reușit să depășească limitările electrozilor tradiționali.

Implicațiile sunt vaste:

• Monitorizarea pacienților cu epilepsie, tulburări de somn sau psihiatrice, în viața de zi cu zi, fără stigmat social.
• Integrarea în sisteme de interfață creier-computer (BCI), pentru controlul dispozitivelor externe sau aplicații în realitatea virtuală.
• Urmărirea stării mentale (stres, cogniție, sănătate mintală) în scopuri de wellness personalizat.

Viitoarele direcții de cercetare ar putea include integrarea cu senzori multipli, extinderea duratei de utilizare și validarea pe populații clinice mai largi.