Innovativo Inchiostro Liquido per il Monitoraggio dell’Attività Cerebrale
Per la prima volta, gli scienziati hanno sviluppato un rivoluzionario inchiostro liquido che può essere stampato direttamente sul cuoio capelluto di un paziente per monitorare l’attività cerebrale. Questa tecnologia innovativa, pubblicata il 2 dicembre sulla rivista Cell Biomaterials, offre un’alternativa più semplice ed efficiente rispetto ai metodi tradizionali per tracciare le onde cerebrali e diagnosticare condizioni neurologiche. Inoltre, ha un significativo potenziale per far avanzare le tecnologie di interfaccia cervello-computer non invasive. Nanshu Lu, co-autore e ricercatore presso l’Università del Texas ad Austin, sottolinea che le innovazioni nel design dei sensori, nell’inchiostro biocompatibile e nella stampa ad alta velocità aprono la strada per la futura produzione di sensori per tatuaggi elettronici direttamente sul corpo, con ampie applicazioni sia in ambito clinico che oltre.
Rivoluzionare l’EEG con gli E-Tatuaggi
L’elettroencefalografia (EEG) è uno strumento importante per diagnosticare una varietà di condizioni neurologiche, tra cui crisi epilettiche, tumori cerebrali, epilessia e lesioni cerebrali. Durante un tradizionale test EEG, i tecnici misurano il cuoio capelluto del paziente con righelli e matite, segnando oltre una dozzina di punti dove attaccheranno gli elettrodi. Questi sono collegati a una macchina di raccolta dati tramite lunghi cavi per monitorare l’attività cerebrale del paziente. Questa configurazione è lunga e ingombrante, e può essere scomoda per molti pazienti, che devono sottoporsi al test EEG per ore.
Lu e il suo team hanno guidato lo sviluppo di piccoli sensori che tracciano segnali corporei dalla superficie della pelle umana, una tecnologia nota come tatuaggi elettronici, o e-tatuaggi. Gli scienziati hanno applicato e-tatuaggi sul petto per misurare le attività cardiache, sui muscoli per misurare quanto sono affaticati, e persino sotto l’ascella per misurare i componenti del sudore.
Superare le Sfide
In passato, gli e-tatuaggi venivano solitamente stampati su uno strato sottile di materiale adesivo prima di essere trasferiti sulla pelle, ma questo era efficace solo sulle aree prive di peli. Lu sottolinea che progettare materiali compatibili con la pelle pelosa è stata una sfida persistente nella tecnologia degli e-tatuaggi. Per superare questo ostacolo, il team ha progettato un tipo di inchiostro liquido fatto di polimeri conduttivi. L’inchiostro può scorrere attraverso i capelli per raggiungere il cuoio capelluto e, una volta asciutto, funziona come un sensore a pellicola sottile, rilevando l’attività cerebrale attraverso il cuoio capelluto.
Utilizzando un algoritmo informatico, i ricercatori possono progettare i punti per gli elettrodi EEG sul cuoio capelluto del paziente. Poi, utilizzano una stampante a getto d’inchiostro controllata digitalmente per spruzzare uno strato sottile dell’inchiostro per e-tatuaggi sui punti. Il processo è veloce, non richiede contatto e non causa disagio ai pazienti, hanno detto i ricercatori.
Confronto tra E-Tatuaggi e EEG Tradizionale
Il team ha stampato gli elettrodi degli e-tatuaggi sui cuoi capelluti di cinque partecipanti con capelli corti, accanto agli elettrodi EEG convenzionali. Gli e-tatuaggi si sono comportati in modo comparabile nel rilevare le onde cerebrali con un minimo di rumore. Dopo sei ore, il gel sugli elettrodi convenzionali ha iniziato ad asciugarsi, con più di un terzo di essi che non riusciva a rilevare alcun segnale. Gli elettrodi degli e-tatuaggi, invece, hanno mostrato una connettività stabile per almeno 24 ore.
Inoltre, i ricercatori hanno modificato la formula dell’inchiostro e stampato linee di e-tatuaggi che scendono fino alla base della testa dagli elettrodi per sostituire i cavi utilizzati in un tradizionale test EEG. Questa modifica ha permesso ai cavi stampati di condurre i segnali senza rilevare nuovi segnali lungo il percorso, spiega il co-autore corrispondente Ximin He dell’Università della California, Los Angeles.
Il team ha poi collegato cavi fisici molto più corti tra i tatuaggi a un piccolo dispositivo che raccoglie i dati sulle onde cerebrali. In futuro, prevedono di incorporare trasmettitori di dati wireless negli e-tatuaggi per ottenere un processo EEG completamente wireless.
Impatto Potenziale sui Dispositivi di Interfaccia Cervello-Computer
José Millán dell’Università del Texas ad Austin afferma che la ricerca potrebbe rivoluzionare il modo in cui sono progettati i dispositivi di interfaccia cervello-computer non invasivi. Attualmente, questi dispositivi spesso coinvolgono un grande auricolare che è scomodo da usare. Gli e-tatuaggi hanno il potenziale per sostituire il dispositivo esterno e stampare direttamente l’elettronica sulla testa del paziente, rendendo la tecnologia di interfaccia cervello-computer più accessibile.
Riferimento: Stampa sul cuoio capelluto di e-tatuaggi personalizzati di elettroencefalografia Scalco de Vasconcelos et al., 2 dicembre 2024, Cell Biomaterials. DOI: 10.1016/j.celbio.2024.100004
