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Nov 06, 2023

印刷されたタトゥー電極を用いた脳信号測定

13 maggio 2020

2020年5月13日

グラーツ工科大学による

2015年、グラーツ工科大学固体物理研究所のプリンテッド・ソフトエレクトロニクス応用材料研究室（LAMPSe）所長フランチェスコ・グレコ氏は、イタリアの科学者らといわゆる「タトゥー電極」を開発した。

これらは、インクジェットプリンターを使用して標準的なタトゥー紙に印刷され、転写のように皮膚に貼り付けられ、心臓や筋肉の活動を測定する導電性ポリマーです。

2018 年に最適化されたこのタイプの電極は、心電図 (ECG) や筋電図 (EMG) などの電気生理学的検査にまったく新しい道を切り開きました。 700～800ナノメートル（髪の毛の約100分の1）の厚さのおかげで、タトゥーは皮膚の凹凸に馴染み、体に付けてもほとんど目立ちません。

さらに、「タトゥー」は乾いた電極です。 ゲル電極とは対照的に、液体界面がなくても機能し、乾燥することがありません。

長期測定に最適です。 タトゥーを通して生えている毛であっても、信号の記録を妨げることはありません。

この先駆的な成果を基に、グレコはエスマ・イスマイロバ氏（フランス、サンテティエンヌ国立高等鉱山バイオエレクトロニクス学部）およびローラ・フェラーリ氏（イタリア、サンテティエンヌ高等専門学校バイオロボティクス研究所）と共同で、生体電気信号の測定におけるさらなるマイルストーン：このグループは、脳波検査（EEG）、つまり脳活動の測定にも使用できるようにタトゥー電極を改良しました。

これを行うために、研究者らは2018年と同じアプローチ、つまりタトゥー紙上に導電性ポリマーをインクジェット印刷することを使用した。 転写紙と導電性ポリマーの組成と厚さは、タトゥー電極と皮膚の間のより良好な接続を実現し、EEG 信号を最高の品質で記録できるように最適化されています。その理由は次のとおりです。

「脳波は低周波範囲にあり、EEG 信号の振幅は非常に小さいです。脳波を高品質で捕捉することは、EMG 信号や ECG 信号よりもはるかに困難です」と博士課程時代にこのプロジェクトに取り組んだ Laura Ferrari 氏は説明します。 現在はフランスでポスドク研究員をしています。

実際の臨床条件下でのテストでは、最適化されたタトゥーを使用した脳波測定が従来の脳波電極と同様に成功することが示されました。

「しかし、インクジェット印刷と市販の基板のおかげで、私たちのタトゥーは現在のEEG電極よりも大幅に安価であり、直接比較すると装着感や長期測定の点でより多くの利点を提供します」とGreco氏は言います。

新しいタトゥー電極は、長期の脳波測定に適しており、同時に脳磁図 (MEG) と互換性のある初の乾式電極タイプです。 MEG は脳活動を監視するための十分に確立された方法ですが、これまでのところ、いわゆる「湿式電極」のみが使用できます。

このような電極は、電解質、ゲル、または電極ペーストに基づいて機能するため、すぐに乾燥してしまい、長期間の測定には適していません。 新世代のタトゥー電極は導電性ポリマーのみで構成されており、MEG検査で問題となる可能性のある金属を一切含まず、インクジェットのみで印刷されます。

「私たちの方法を使用すると、コストと製造時間を削減しながら、完璧な MEG 互換電極を製造できます」と Greco 氏は喜んで言います。 グラーツ工科大学の研究者は現在、この技術を診療所や神経工学、さらにブレイン・コンピューター・インターフェースの分野でどのように活用できるかについてアイデアを練っている。

シュタイアーマルク州、イタリア、フランスの研究提携の最新の展開の詳細は、雑誌「npj Flexible Electronics」で読むことができます。

詳しくは：ローラ・M・フェラーリ 他臨床脳波検査における導電性ポリマータトゥー電極、npj Flexible Electronics (2020)。 DOI: 10.1038/s41528-020-0067-z