天津理工大学《AMT》:氮掺杂多层石墨烯微管，用于大脑各区域功能障碍的临床诊断！

成果简介

石墨烯微电极在记录来自不同大脑区域的高密度脑电图（EEG）信号方面表现出潜力。本文，天津理工大学Mingji Li、Hongji Li等研究人员在《ADV MATER TECHNOL》期刊发表名为“Nitrogen-Doped Multilayer Graphene Microtubes for High-Density Recording of Occipital EEG Signals”的论文，研究通过化学气相沉积合成由氮掺杂石墨烯（NG）纳米片组成的微管，以记录高密度脑电信号。NG样品的N含量范围为1.35至2.22%。其中一个N含量为2.22%的微管表现出低头皮接触阻力和高脑电信号信噪比（SNR）。NG微管具有保水性高、头皮亲和力强、吸水性好、截盐性好、阻力小等优点;这些优点降低了头皮接触阻力，提高了脑电信号的响应。

此外，组装了一个枕部24导联EEG传感器，其中包含72个优化的NG微管，以记录自发和视觉诱发的EEG信号。要求未经训练的志愿者佩戴NG-EEG传感器，因此，很容易获得具有高SNR的自发脑电和间隔为0.1 Hz的视觉诱发脑电信号。枕部NG脑电传感器佩戴方便，可识别高密度脑电信号。因此，脑电传感器不仅适用于运动想象的外围精细控制，而且用于大脑各区域功能障碍的临床诊断，推动医疗电子的发展。

图文导读

图1、a）氮掺杂石墨烯（NG）微管的CVD合成过程示意图，b）NG微管与NaCl水溶液的相互作用，c）24导联NG基脑电传感器的结构和应用。

图2、照片、光学显微镜（OM）和横截面SEM图像

图3、采用X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱分析了NG样品的组成和键合状态

图4、不同NG微管的脑电传感性能

图5、EEG信号的SNR电极性能

图6、24导联脑电图头带的表征

图7、a） SSVEP 范式中诱发脑电信号的场景照片，从佩戴 24 导联 NG-EEG 传感器的志愿者的头皮记录下来。b） 在 1-8 Hz 的刺激频率范围内每 12 Hz 刺激一次反馈 EEG 信号的振幅谱和 c） 在 0.1-9.0 Hz 的刺激频率范围内每 9.5 Hz 刺激一次。d） 信噪比值的枕部地形图。e） 9.0-9.5 Hz 刺激下反馈脑电信号的时间频率分布。EEG数据是根据五个信号（n = 5）计算的，使用三个基于24导联NG的EEG传感器（带有216个NG微管）。

小结

本文开发了一种基于NG微管的高密度脑电传感器，用于视觉诱发BCI。高密度脑电图传感器由72个直径为<1.5毫米的NG微管组成。此外，在枕区构建了24个连接到头皮的通道。NG微管在头皮角质层亲和力H2O分子吸附，NaCl拦截，电解质储存，在微腔中缓慢释放。优化后的NG微管的平均头皮接触电阻为13.7 kΩ。该值接近涂有导电凝胶的商用Ag/AgCl电极的值。此外，对于同步记录的脑电信号，NG微管与商用Ag/AgCl湿电极之间的相关性达到99.9%，信噪比达到5 dB以上。组装好的高密度脑电传感器对自发脑电信号反应灵敏，并表现出诱发脑电的高信噪比。此外，视觉刺激频率的识别精度达到0.1 Hz。因此，枕部高密度脑电传感器在BCI领域具有巨大的应用潜力，用于结合视觉诱发范式对外部设备进行精细控制。

文献：https://doi.org/10.1002/admt.202201734