Многофункциональный гидрогелевый электрод помогает собирать высококачественные сигналы электроэнцефалографии

Исследователи из Института инженерных процессов (IPE) Китайской академии наук и Университета Цинхуа разработали многофункциональный гидрогелевый электрод с превосходной проводимостью, адгезией и устойчивостью к помехам, который позволяет осуществлять высококачественный беспроводной сбор электроэнцефалографических (ЭЭГ) сигналов префронтальной коры.

Исследование было опубликовано в Advanced Materials 9 января.

Высококачественные сигналы ЭЭГ могут использоваться для диагностики и лечения заболеваний мозга, а также для оценки уровня устойчивого внимания.

Однако существующие устройства для сбора ЭЭГ громоздки и сложны, имеют высокий уровень шума и плохую помехозащищенность. Они легко подвержены влиянию движений испытуемых, что затрудняет сбор качественных сигналов.

Кроме того, существенные различия в электрических и механических характеристиках между тканью человека и сенсорными электродами могут приводить к искажению сигнала. Гидрогель, используемый в настоящее время в устройствах для сбора, не может противостоять таким помехам, как пот и артефакты движения, не удовлетворяя потребность в эффективном сборе.

Для решения этих проблем исследовательская группа использовала эффект усиления наночастицами и гомогенной сети для разработки многофункционального гидрогеля. «Он обладает свойствами превосходной проводимости, адгезии, гибкости, эластичности и биосовместимости, что позволяет преодолеть разрыв между тканью человека и электродами и обеспечить эффективный и стабильный канал передачи для сбора сигналов ЭЭГ», — сказал профессор Бай Шо из IPE.

Для приготовления наночастиц полидофамина, имитирующих адгезивные свойства мидий, была применена стратегия деградации свободнорадикальным окислением. В процессе свободные радикалы разрушали π-стэкинг в агрегатах полидофамина и способствовали превращению индольных единиц в пирролкарбоновые кислотные единицы, что обеспечивало гелевой системе более высокую ионную проводимость и адгезию к тканям. Кроме того, путем контроля плотности сшивания можно было достичь как низкорастяжимой эластичности, так и высокой упругости.

Согласно экспериментальным данным, сенсорные электроды на основе этого гидрогеля показали отличные характеристики с точки зрения контактного импеданса и мощности шума, а также долговременной стабильности и хорошей устойчивости к распространенным помехам, таким как пот и артефакты движения.

Для дальнейшего изучения точности прогнозирования исследователи провели эксперимент с пятикратной перекрестной проверкой на данных ЭЭГ 24 добровольцев, достигнув точности до 91,5%.