Multifunctionele hydrogelelektrode helpt bij het verzamelen van hoogwaardige elektro-encefalografische signalen

Onderzoekers van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen en Tsinghua University hebben een multifunctionele hydrogelelektrode ontwikkeld met uitstekende geleidbaarheid, adhesie en anti-interferentie-eigenschappen, die een hoogwaardige draadloze verzameling van prefrontale elektro-encefalografie (EEG) kan bereiken ) signalen.

De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen op 9 januari.

Hoogwaardige EEG-signalen kunnen worden gebruikt voor het diagnosticeren en behandelen van hersengerelateerde ziekten, evenals voor het evalueren van aanhoudende aandachtsniveaus.

De bestaande apparaten voor het verzamelen van EEG’s, met krachtige ruis en een slecht anti-interferentievermogen, zijn echter omvangrijk en complex en kunnen gemakkelijk de beweging van de proefpersonen verstoren, waardoor het moeilijk wordt om EEG-signalen van hoge kwaliteit te verzamelen.

Bovendien kunnen de essentiële verschillen in elektrische en mechanische kenmerken tussen menselijk weefsel en sensorelektroden leiden tot signaalvervorming. De hydrogel die momenteel in verzamelapparaten wordt gebruikt, is niet bestand tegen interferentiefactoren zoals zweet- en bewegingsartefacten, waardoor de vraag naar efficiënte verzameling niet wordt bevredigd.

Om de bovenstaande problemen op te lossen, gebruikte het onderzoeksteam de verbetering van nanodeeltjes en het homogene netwerkeffect om een ​​multifunctionele hydrogel te ontwikkelen. “Het heeft de eigenschappen van uitstekende geleidbaarheid, adhesie, flexibiliteit, elasticiteit en biocompatibiliteit, die het verschil tussen menselijk weefsel en elektroden kan overbruggen en een efficiënt en stabiel geleidingskanaal kan bieden voor het verzamelen van EEG-signalen”, aldus prof. Bai Shuo van IPE .

Een strategie voor afbraak door oxidatie door vrije radicalen werd toegepast om polydopamine-nanodeeltjes te bereiden die de hechtende eigenschappen van mosselen nabootsen. Tijdens het proces verstoorden de vrije radicalen de π-stapeling in polydopamine-aggregaten en bevorderden ze de omzetting van indooleenheden in pyrroolzuureenheden, wat een sterkere ionengeleidbaarheid en weefseladhesieprestaties voor het gelsysteem opleverde. Bovendien kan door het regelen van de vernettingsdichtheid zowel een lage rekelasticiteit als een hoge elasticiteit worden bereikt.

Volgens experimentgegevens vertoonden sensorelektroden op basis van deze hydrogel uitstekende prestaties in termen van contactimpedantie en ruisvermogen, evenals stabiliteit op lange termijn en goede weerstand tegen veelvoorkomende interferentiefactoren zoals zweet en bewegingsartefacten.

Om de voorspellingsnauwkeurigheid verder te onderzoeken, voerden de onderzoekers een vijfvoudig kruisvalidatie-experiment uit op EEG-gegevens van 24 vrijwillige proefpersonen, met een nauwkeurigheid tot 91,5%.