美国科学家发明了一种液体墨水，医生可以将其打印到病人的头皮上，以测量病人的大脑活动。该技术为监测脑电波和诊断神经系统疾病提供了一种有可能的替代方法，它还具有增强非侵入性脑机接口应用的潜力。相关研究12月3日发表于《细胞—生物材料》。

“我们在传感器设计、生物相容性墨水和高速打印方面的创新，为未来电子纹身传感器的推广铺平了道路。这些纹身在临床内外都能有广泛的应用。”该论文共同通讯作者、美国得克萨斯大学奥斯汀分校教授Nanshu Lu说。

脑电图（EEG）是诊断各种神经系统疾病的重要工具，包括癫痫、脑肿瘤和脑损伤等。在传统的脑电图测试中，技术人员用尺子和铅笔测量病人头皮，标出十几个点，然后粘上电极，电极通过长导线连接到数据收集机上，以监测病人的大脑活动。这种设置既耗时又繁琐，而且对许多患者来说可能不舒服，他们必须坐几个小时完成脑电图检测。

相关研究团队致力于开发小型传感器，以追踪来自人体皮肤表面的身体信号，这种技术被称为电子纹身。科学家们已经将电子纹身应用于胸部以测量心脏活动，应用于肌肉以测量疲劳程度，甚至应用于腋下以测量汗液成分。

过去，电子纹身通常是打印在一层薄薄的粘性材料上，然后放置在皮肤上，因此只对无毛区域有效。“设计与多毛皮肤兼容的材料一直是电子纹身技术的挑战。”Nanshu Lu说。为了克服这个问题，该团队设计了一种由导电聚合物制成的墨水。这种墨水可以穿过头发到达头皮，干燥后，它就像薄膜传感器一样，捕捉大脑活动。

利用计算机算法，研究人员可以在病人的头皮上设计脑电图电极的位置。然后，他们使用一台数字喷墨打印机将电子纹身墨水喷到患者头皮的定点上。研究人员说，这个过程很快，不需要接触，也不会给病人带来不适。

研究小组将电子纹身打印到5名短发参与者的头皮上，并在电子纹身旁边安装了传统的脑电图电极。研究小组发现，电子纹身在以最小噪音检测脑电波方面表现相当好。6小时后，传统电极上的凝胶开始变干。超过1/3的电极没有接收到任何信号，检测的准确性降低。另一方面，电子纹身电极显示出至少24小时的稳定连接。

此外，研究人员还调整了墨水的配方，打印出从电极延伸到头底部的电子纹身线，以取代标准脑电图使用的电线。论文共同通讯作者、美国加州大学洛杉矶分校的贺曦敏说：“这种调整允许导线在不接收新信号的情况下传导信号。”

然后，研究小组在纹身之间连接了更短的电线，连接到一个收集脑电波数据的小设备上。该团队表示，未来他们计划在电子纹身中嵌入无线数据发射器，以实现完全无线的脑电图监测。

“我们的研究可能会彻底改变非侵入性脑机接口设备的设计方式。”得克萨斯大学奥斯汀分校的共同通讯作者Jose Millan说。脑机接口设备通过记录与某一功能相关的大脑活动来工作，比如说话或运动，并利用它们来控制外部设备。目前，这些设备通常需要一个大的头戴式受话器，使用起来很麻烦。Millan表示，电子纹身有可能取代外部设备，并将电子设备直接打印到患者的头上，使脑机接口技术更容易普及。

图片来自：Nanshu Lu

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相关论文信息：http://doi.org/10.1016/j.celbio.2024.100004