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Nov 06, 2023

인쇄된 문신 전극을 이용한 뇌 신호 측정

2020년 5월 13일

2020년 5월 13일

그라츠 공과대학교

2015년 그라츠 공과대학 고체 물리학 연구소의 인쇄 및 소프트 전자 응용 재료 연구소(LAMPSe) 소장인 프란체스코 그레코(Francesco Greco)는 이탈리아 과학자들과 함께 소위 "문신 전극"을 개발했습니다.

이는 표준 문신 종이에 잉크젯 프린터를 사용하여 인쇄한 다음 전사처럼 피부에 부착하여 심장이나 근육 활동을 측정하는 전도성 폴리머입니다.

2018년에 최적화된 이 유형의 전극은 심전도검사(ECG) 또는 근전도검사(EMG)와 같은 전기생리학적 검사에 완전히 새로운 길을 열었습니다. 사람 머리카락보다 100배 정도 얇은 700~800나노미터의 두께 덕분에 문신은 울퉁불퉁한 피부에도 잘 적응하고 몸에서도 거의 눈에 띄지 않습니다.

더욱이 "문신"은 건식 전극입니다. 젤 전극과 달리 액체 인터페이스 없이 작동하며 건조될 수 없습니다.

이는 장기간 측정에 매우 적합합니다. 문신을 통해 자라나는 머리카락도 신호 기록을 방해하지 않습니다.

이 선구적인 성과를 바탕으로 Greco는 Esma Ismailova(프랑스 생테티엔 국립생태티엔 국립생체공학부) 및 Laura Ferrari(이탈리아 Scuola Superiore Sant'Anna 바이오로보틱스 연구소)와 함께 다음과 같은 성과를 거두었습니다. 생체전기 신호 측정에 있어 또 하나의 이정표를 세웠습니다. 이 그룹은 뇌파검사(EEG), 즉 뇌 활동을 측정하는 데에도 사용할 수 있는 방식으로 문신 전극을 수정했습니다.

이를 위해 연구원들은 2018년과 동일한 접근 방식, 즉 문신 종이에 전도성 고분자를 잉크젯 인쇄하는 방법을 사용했습니다. 전사지와 전도성 폴리머의 구성과 두께는 문신 전극과 피부 사이의 연결을 더욱 향상시키고 EEG 신호를 최대 품질로 기록하도록 최적화되었습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

"뇌파는 낮은 주파수 범위에 있고 EEG 신호는 진폭이 매우 낮습니다. EMG 또는 ECG 신호보다 고품질로 캡처하기가 훨씬 더 어렵습니다."라고 박사 과정 동안 이 프로젝트에 참여한 Laura Ferrari는 설명합니다. 현재 프랑스에서 박사후 연구원으로 일하고 있습니다.

실제 임상 조건에서의 테스트에서는 최적화된 문신을 사용한 EEG 측정이 기존 EEG 전극만큼 성공적인 것으로 나타났습니다.

"그러나 잉크젯 인쇄와 시중에서 판매되는 기판으로 인해 우리의 문신은 현재 EEG 전극보다 훨씬 저렴하며 직접적인 비교에서 착용감과 장기 측정 측면에서 더 많은 이점을 제공합니다"라고 Greco는 말합니다.

새로운 문신 전극은 장기간의 EEG 측정에 적합하고 동시에 뇌자기검사(MEG)와도 호환되는 최초의 건식 전극 유형입니다. MEG는 뇌 활동을 모니터링하는 잘 확립된 방법으로, 지금까지는 소위 "습식 전극"만 사용할 수 있습니다.

이러한 전극은 전해질, 젤 또는 전극 페이스트를 기반으로 작동하므로 빨리 건조되어 장기간 측정에 적합하지 않습니다. 차세대 문신 전극은 전도성 폴리머로만 구성됩니다. 즉, MEG 검사에 문제가 될 수 있는 금속을 포함하지 않으며 잉크젯으로만 인쇄됩니다.

"우리 방법을 사용하면 비용과 생산 시간을 줄이면서 완벽한 MEG 호환 전극을 생산할 수 있습니다"라고 Greco는 기쁘게 말했습니다. TU Graz 연구원은 현재 이 기술이 진료소, 신경공학, 뇌 컴퓨터 인터페이스 분야에서 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 아이디어를 내고 있습니다.