在德克萨斯州奥斯汀,科研人员正致力于革新一项古老而关键的大脑研究工具——脑电图。近百年来,脑电图一直是科学家与医生测量大脑电活动、诊断诸如癫痫及创伤性脑损伤等疾病的重要手段,但其应用始终伴随着一定的局限性。
近日,一项颠覆性的创新成果横空出世:科学家们研发出了一种可直接喷涂于头皮上的液体墨水,它能迅速形成一层超薄的电子纹身,紧贴头皮监听大脑活动。
德克萨斯大学奥斯汀分校的首席研究员Nanshu Lu指出:“我们在传感器设计、生物相容性墨水以及高速打印技术上的突破,为在人体上制造电子纹身传感器开辟了新途径,这一技术将在临床及非临床领域展现出广泛应用前景。”
这项发表在《细胞生物材料》杂志上的发明,被视为可能改写游戏规则的里程碑,不仅将革新脑部监测方式,更将推动脑机接口技术的飞跃发展,未来人们或许仅凭思想就能操控机器。
从繁琐的电线与凝胶到简便的喷雾,脑电图检查的传统流程对于经历过的人来说往往意味着不便。需在头皮上标记多个点,涂抹粘性凝胶,再逐一粘贴电极,并通过复杂的线路连接至设备。这一过程不仅笨重、不适,而且随着凝胶干燥,检测效果也会大打折扣。
为了改变这一现状,Lu及其团队历经数年研发出微型传感器——电子纹身,能够贴合皮肤监测多种生理数据。然而,将纹身应用于毛发覆盖的头皮却面临巨大挑战。Lu解释道:“设计与毛发皮肤相兼容的材料一直是电子纹身技术的一大难题。”
幸运的是,他们最终取得了关键性突破,研发出了一种由导电聚合物制成的新型液体墨水。这种墨水能轻松穿透头发直达头皮,干燥后形成一层轻薄且柔韧的薄膜,作为传感器精准捕捉大脑信号。
整个操作过程简便快捷:研究人员通过电脑设计电极位置,使用专用喷墨打印机将墨水喷涂于头皮,几分钟后墨水干燥,形成一个几乎隐形且无感的纹身,无需胶水、电线,更无不适感。
在实验中,研究人员将这种临时纹身应用于五名短发志愿者的头皮,并与传统脑电图电极进行对比。结果显示,传统电极在六小时后因凝胶干燥而性能下降,部分甚至完全失效;而电子纹身则能持续稳定工作至少24小时。
研究并未就此止步,团队进一步改进了纹身设计,用打印的细线替代了传统脑电图装置中的电线。通过调整墨水配方,他们成功打印出连接传感器与数据收集设备的导线,这些“打印电线”能稳定传输信号而不受干扰。未来,他们计划将无线发射器直接集成到纹身中,进一步简化系统。
除了提升脑电图的舒适度与准确性外,这项技术还被寄予厚望能在快速发展的脑机接口领域发挥重要作用。脑机接口设备能将大脑信号转化为外部系统指令,为残疾人带来控制假肢、无声交流等新希望。
目前,这类设备通常体积庞大、操作复杂。但电子纹身的出现有望彻底改变这一局面。
德克萨斯大学奥斯汀分校的另一位合著者表示:“我们的研究可能会彻底颠覆非侵入式脑机接口设备的设计方式。”通过直接将传感器打印到头皮上,电子纹身有望彻底消除对大型耳机的依赖,使设备更加便携、易用。
随着电子纹身技术的不断进步,将电子设备穿戴在皮肤上的想法正逐渐变为现实。从监测运动员心律、评估肌肉疲劳到如今的直接监测大脑活动,电子纹身正迈向更高层次的应用。虽然目前这项液体墨水技术仍处于实验室阶段,但其创造者相信未来充满了无限可能。
Lu表示:“电子纹身代表着可穿戴技术的新前沿,这只是我们所能取得的成就的开始。”