揭秘纹身背后的秘密：不止酷，更有大用！

发表时间: 2024-12-04 21:08

编译｜文乐乐

印在头皮上的电子纹身可以检测大脑电活动，并将信号传输到记录设备。图片来源：鲁南姝

科学家首次发明了一种液体墨水，可以打印到患者头皮上检测大脑活动。该研究不仅为目前监测脑电波和诊断神经系统疾病的烦琐过程提供了一种有前景的替代方案，还有增强非侵入性脑-机接口应用的潜力。12月2日，相关研究成果发表于《细胞-生物材料》。

“我们在传感器设计、生物相容性油墨制造和高速打印方面的创新，为未来在体表制造电子纹身传感器铺平了道路，这种传感器在临床内外都有广泛应用。”论文作者之一、美国得克萨斯大学奥斯汀分校的鲁南姝说。

脑电图（EEG）是诊断各种神经系统疾病的重要工具。在传统EEG测试中，技术人员用尺子和铅笔测量患者头皮，在十几个点上做标记，然后粘贴电极。这些电极通过长导线连接至数据收集装置，以监测患者的大脑活动。这种设置既耗时又烦琐，患者也会感到不适，因为他们必须坐几个小时进行EEG测试。

鲁南姝团队一直在开发一种被称为电子纹身的小型传感器，用来追踪人体皮肤表面的身体信号。科学家已经将电子纹身用于胸部测量心脏活动，以及用于肌肉测量疲劳程度，甚至用于腋下测量汗液成分。

过去，电子纹身通常先打印在一片薄薄的黏合材料上，然后再将其转移到皮肤上，但这只对无毛皮肤区域有效。

“设计与多毛皮肤兼容的材料一直是电子纹身技术面临的一个挑战。”鲁南姝说。为解决这个问题，研究人员设计了一种由导电聚合物制成的液体墨水，可以穿过毛发到达头皮，干燥后就像薄膜传感器一样，能够透过头皮捕捉大脑活动。

研究人员计算了患者头皮上的EEG电极点，然后使用数控喷墨打印机将一层薄薄的电子纹身墨水喷到这些电极点上。研究人员表示，这个过程快速、无接触，不会给患者带来不适。

研究人员在5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附加了传统的EEG电极。研究发现，电子纹身在以最小噪声检测脑电波方面表现相当不错。

6小时后，传统电极上的凝胶开始变干。超过1/3的电极无法捕捉任何信号，其余大多数电极与皮肤的接触减少，导致信号检测的准确性降低。而电子纹身至少在24小时内能够稳定连接。

此外，研究人员调整了墨水配方，打印出电子纹身线，以取代标准EEG测试使用的电线。论文作者之一、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的贺曦敏说：“这使得打印的导线能够在不接收新信号的情况下传导信号。”

研究人员还在电子纹身之间连接了更短的物理电线，并将其连接到一个收集脑电波数据的小型设备上。未来，他们计划在电子纹身中嵌入无线数据传输器，实现无线EEG测试。

“我们的研究可能彻底改变了非侵入式脑-机接口设备的设计方式。”论文作者之一、得克萨斯大学奥斯汀分校的José Millán说。目前，脑-机接口装置通常涉及一个笨重的头戴式设备，使用起来很麻烦。电子纹身有望取代外部设备，将电子设备直接打印到患者头部，从而使脑-机接口技术使用起来更加便捷。