Linea di Ricerca 1 - Fondazione Don Carlo Gnocchi

Ricerca corrente
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Linea di Ricerca 1
Validazione di elettrodi basati sulla tecnologia
a microaghi per il monitoraggio di biopotenziali
Responsabile: Gramatica Furio
INTRODUZIONE
In ambito clinico e di ricerca per la misurazione di biosegnali
quali ECG, EEG, EOG, EMG vengono comunemente utilizzati
elettrodi a gel, a oggi considerati il golden standard. A livello
sperimentale gli elettodi a gel sono stati affi ancati da una differente
tipologia di elettrodi defi niti a secco: una promettente
tecnologia su cui si basano tali elettrodi è quella dei microaghi,
ovvero strutture appuntite delle dimensioni di qualche centinaio
di μm in grado di bucare lo strato corneo (SC), strato più
superfi ciale della cute con proprietà isolanti e non diffusive. I
microaghi, una volta bucato lo SC, creano un contatto con gli
strati conduttivi più profondi del derma, evitando di ricorrere
all’uso di gel. Gli elettrodi basati sui microaghi riducono drasticamente
i tempi di preparazione della cute del soggetto,
risultando più confortevoli per il care-giver e per il soggetto
acquisito. Inoltre tali elettrodi consentono monitoraggi di biosegnali
per durate superiori in quanto all’assenza di gel non
ne provoca l’essiccazione nel tempo, con conseguente perdita
o alterazione del biosegnale. In aggiunta l’inserimento dei
microaghi nella cute realizza un’interfaccia più stabile tra elettrodo
e cute, garantendo un elevato rapporto segnale-rumore
anche durante il movimento del soggetto.
OBIETTIVI
La ricerca si focalizza sulla validazione di nuovi elettrodi di
superfi cie a secco che si basino sulla tecnologia a microaghi.
Tali elettrodi, dotati di caratteristiche innovative, si presentano
come promettente alternativa ai comuni elettrodi a gel
per il monitoraggio continuo e minimamente invasivo di biopotenziali
(EMG, ECG, EEG, EOG) in ambito clinico.
METODI
Per raggiungere gli obiettivi dello studio sono stati condotti
differenti prove sperimentali:
• Test di valutazione istologica ed elettromeccanica di piercing
di cute umana ex vivo da parte di microaghi in silicio e
in acciaio con particolare riferimento allo studio della riproducibilità
del piercing e all’identifi cazione e quantifi cazione
del momento di piercing;
• Test di valutazione della solidità e robustezza dei microaghi,
in particolare della caratterizzazione a rottura dei microaghi
in silicio;
• Test di biocompatibilità e di solidità di prototipi di dry electrodes
con microaghi in acciaio in vivo su modelli animali
(ratti);
• Test di valutazione elettromeccanica di piercing su cute
umana in vivo di un prototipo di dry electrode con microaghi
in acciaio, con particolare attenzione all’identifi cazione
e quantifi cazione del momento di piercing e alla percezione
dolorifi ca associata.
RISULTATI
I test di piercing su campioni di pelle umana ex vivo effettuati
con microaghi in acciaio da 1 mm hanno confermato il piercing
dello SC, dell’epidermide e parzialmente del derma papillare
(Fig. 1). A livello elettromeccanico il piercing della cute
è stato confermato mediante un improvviso decremento del
segnale di forza di reazione della pelle (Fig. 2) e di impedenza
elettrica: tale evento dimostra il contatto dei microaghi con
gli strati più profondi e conduttivi della cute, migliorando la
conducibilità del circuito e quindi potenzialmente la qualità
dei biosegnali acquisiti.
piercing
Fig. 1
SC
EP
DE
Microfotografi a di sezione istologica di cute umana normale
colorata con ematossilina-eosina dopo l’applicazione
del microago da 1 mm. SC=strato corneo, EP=epidermide
vitale, DE=derma. (Ingrandimento originale 20x).