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Nov 06, 2023

Mesure du signal cérébral à l'aide d'électrodes de tatouage imprimées

13 mai 2020

13 mai 2020

par l'Université de technologie de Graz

En 2015, Francesco Greco, responsable du Laboratoire des matériaux appliqués pour l'électronique imprimée et douce (LAMPSe) à l'Institut de physique du solide de l'Université de technologie de Graz, a développé des « électrodes de tatouage » avec des scientifiques italiens.

Ce sont des polymères conducteurs qui sont imprimés à l'aide d'une imprimante à jet d'encre sur du papier de tatouage standard puis collés sur la peau comme des transferts pour mesurer l'activité cardiaque ou musculaire.

Ce type d'électrode, optimisé en 2018, a ouvert de toutes nouvelles voies dans les examens électrophysiologiques, comme l'électrocardiographie (ECG) ou l'électromyographie (EMG). Grâce à une épaisseur de 700 à 800 nanomètres, soit environ 100 fois plus fine qu'un cheveu humain, les tatouages ​​s'adaptent aux irrégularités de la peau et sont à peine perceptibles sur le corps.

De plus, les « tatouages ​​» sont des électrodes sèches ; contrairement aux électrodes à gel, elles fonctionnent sans interface liquide et ne peuvent pas sécher.

Ils sont parfaitement adaptés aux mesures à long terme. Même les poils qui poussent à travers le tatouage n'interfèrent pas avec l'enregistrement du signal.

S'appuyant sur cette réalisation pionnière, Greco, en collaboration avec Esma Ismailova (Département de Bioélectronique, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, France) et Laura Ferrari (The BioRobotics Institute, Scuola Superiore Sant'Anna, Italie), a maintenant atteint un nouvelle étape dans la mesure des signaux bioélectriques : le groupe a modifié les électrodes de tatouage de manière à ce qu'elles puissent également être utilisées en électroencéphalographie (EEG), c'est-à-dire pour mesurer l'activité cérébrale.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé la même approche qu'en 2018, à savoir l'impression jet d'encre de polymère conducteur sur du papier de tatouage. La composition et l'épaisseur du papier de transfert et du polymère conducteur ont été optimisées pour obtenir une connexion encore meilleure entre l'électrode de tatouage et la peau et pour enregistrer les signaux EEG avec une qualité maximale, car :

"Les ondes cérébrales sont dans la gamme des basses fréquences et les signaux EEG ont une très faible amplitude. Ils sont beaucoup plus difficiles à capturer en haute qualité que les signaux EMG ou ECG", explique Laura Ferrari, qui a travaillé sur ce projet pendant son doctorat. et est maintenant chercheur postdoctoral en France.

Des tests dans des conditions cliniques réelles ont montré que la mesure EEG avec les tatouages ​​optimisés est aussi efficace qu'avec les électrodes EEG conventionnelles.

"En raison de l'impression à jet d'encre et des substrats disponibles dans le commerce, nos tatouages ​​sont nettement moins chers que les électrodes EEG actuelles et offrent également plus d'avantages en termes de confort de port et de mesures à long terme en comparaison directe", déclare Greco.

Les nouvelles électrodes de tatouage sont le tout premier type d'électrode sèche qui convient aux mesures EEG à long terme et en même temps compatible avec la magnéto-encéphalographie (MEG). La MEG est une méthode bien établie de surveillance de l'activité cérébrale, pour laquelle jusqu'à présent seules les "électrodes humides" peuvent être utilisées.

De telles électrodes fonctionnent à base d'électrolyte, de gel ou d'une pâte d'électrode, sèchent donc rapidement et ne conviennent pas aux mesures à long terme. La nouvelle génération d'électrodes de tatouage se compose exclusivement de polymères conducteurs, c'est-à-dire qu'elle ne contient aucun métal pouvant être problématique pour les examens MEG, et est imprimée exclusivement au jet d'encre.

"Avec notre méthode, nous produisons l'électrode compatible MEG parfaite tout en réduisant les coûts et le temps de production", se réjouit Greco. Le chercheur de TU Graz est actuellement en train de lancer des idées sur la façon dont cette technologie peut être utilisée dans les cliniques et en neuro-ingénierie ainsi que dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur.

Les détails du dernier développement de l'alliance de recherche styrienne-italienne-française peuvent être lus dans la revue npj Flexible Electronics.

Plus d'information: Laura M. Ferrari et al. Conduire des électrodes de tatouage en polymère en électro- et magnéto-encéphalographie clinique, npj Flexible Electronics (2020). DOI : 10.1038/s41528-020-0067-z