Bio-elétrodos baseados em géis poliméricos com líquidos iónicos para registo de atividade cerebral

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia O registo da atividade cerebral, técnica conhecida por eletroencefalografia (EEG) é amplamente usada no diagnóstico de várias patologias, desde epilepsia, demência, perturbações de sono, monitorização da atividade cerebral e em muitas outras áreas. A sua natureza não invasiva torna-a uma técnica ideal para diagnóstico clínico e outras aplicações. Todas as aplicações têm em comum o facto de necessitarem de sinais robustos e detetados com boa sensibilidade, de forma a fornecerem resultados fiáveis. Apesar de todos os avanços efetuados na área, o registo de EEG continua a ser um desafio importante e contínuo, devido essencialmente à transmissão do sinal na interface elétrodo/pele.Atualmente a aquisição de sinais EEG utiliza geralmente os elétrodos de Ag/AgCl, compostos por um disco de prata revestidos de cloreto de prata, sendo os atuais gold standard. As suas maiores vantagens são a biocompatibilidade, a confiabilidade, a pouca suscetibilidade ao ruído e a reprodutibilidade dos sinais elétricos. Contudo, estes necessitam obrigatoriamente da aplicação de uma pasta condutora para formar uma interface condutora com o escalpe. Esta operação de colocação do gel pode demorar até 45 minutos, sendo que é necessário um técnico especializado para a realização de tal. Em exames longos, a pasta tem de ser reaplicada periodicamente, sendo esta a principal desvantagem inerente a este método. Desta forma, a aplicação autónoma e aquisição por longos períodos de tempo, apenas poderá ser conseguida prescindindo da pasta condutora.Uma possível solução é a criação de uma interface condutora, não metálica e com boa capacidade de conformação ao escalpe, que poderá constituir o revestimento de elétrodos utilizando um gel polimérico contendo um líquido iónico (ionogel). Um líquido iónico é definido como um sal que à temperatura ambiente é líquido. Estes compostos possuem propriedades únicas, nomeadamente uma pressão de vapor negligenciável, boa estabilidade térmica e química e ainda uma excelente condutividade iónica. Nesse sentido, o ionogel garantiria a condutividade elétrica desejada, sem evaporar ou libertar-se do gel. A presente dissertação descreve o desenvolvimento de elétrodo para o registo de EEG, combinando um elétrodo polimérico (desenvolvido em trabalhos anteriores) e um ionogel que o reveste. O ionogel funciona como um eletrólito, diminuindo a impedância da interface elétrodo/pele. Os objetivos do projeto centram-se no desenvolvimento de um elétrodo reprodutível e com propriedades necessárias à sua aplicação, desenvolvimento de um ionogel, caracterização do ionogel utilizado (elétrica e mecânica) e comparação do registo de EEG in vivo entre estes elétrodos e os elétrodos comerciais de Ag/AgCl. Os resultados sugerem que o ionogel desenvolvido é apropriado e eficiente no sentido em que baixa a impedância da interface elétrodo/pele, resistindo a todos os procedimentos necessários para a colocação deste. Este possui condutividades da ordem de 1x10-2 S.cm-1, imobiliza de forma eficaz o IL, com uma resistividade à compressão de cerca de 64 N/cm2. Pelos ensaios in vivo comprovou-se a fiabilidade dos elétrodos para registo de atividade cerebral, com correlação de 90% em relação aos sinais obtidos pelos elétrodos comerciais de Ag/AgCl. Recording of brain activity, a technique also known as electroencephalography (EEG), is widely used for diagnostic of several pathologies, from epilepsy and dementia to sleep disorders, for monitoring of brain activity as well as in many other areas. Its non-invasive nature makes it ideal for clinic diagnostics and other applications. All applications have in common the need of robust signals and good sensibility data acquiring, in order to provide reliable results. Despite of all the advances seen in this area, EEG recording continues to be an important and continuous challenge, mainly due to signal transmission on the electrode/skin interface.Nowadays, EEG signal acquisition normally uses Ag/AgCl electrodes composed by a silver disk covered by silver chloride, this being today’s gold standard. Their main advantages are its biocompatibility, reliability, low noise susceptibility and electric signals reproducibility. However, they necessarily need the appliance of a conductive paste to form a conductive interface with the scalp. Gel appliance can take up to 45 minutes, and can only be performed by a specialized technician. During longer exams, the paste is applied periodically, being this one inherent disadvantage of this method. Therefore, autonomous application and acquisition for long periods of time can only be achieved by dispensing the conductive paste.A possible solution is the development of a conductive interface, non-metallic and with good capacity of scalp conformation to be used in the covering of electrodes with a polymeric gel containing an ionic liquid (ionogel). An ionic liquid (IL) is defined as a salt, being liquid at room temperature. These compounds have unique properties, namely a negligible vapor pressure, good thermic and chemical stability, as well as an excellent ionic conductivity. This being said, the ionogel would assure the desirable electric conductivity, without evaporate or releasing itself from the gel. The present dissertation describes the development of an electrode for EEG recording, combining a polymeric electrode (developed in previous related works) and an ionogel that covers it up. Here, the ionogel serves as an electrolyte, diminishing electrode/skin interface’s impedance.Project’s objectives consist on the development of a reproducible electrode meeting the necessary properties for its application, the development of a capable ionogel and proper characterization (electrical and mechanical), and also the comparison of in vivo EEG recordings between this electrode and Ag/AgCl commercial electrodes.Results suggest that the ionogel is capable and efficient, once it decreases the electrode/skin interface’s impedance, resisting to all necessary procedures to a proper appliance. It possesses conductivities values around 1x10-2 S.cm-1, immobilizes the IL in an efficient manner and its resistivity to compression is around 64 N/cm2. Electrode reliability for brain activity recordings is proved by in vivo trials, with a correlation of 90% in relation to the signals obtained using Ag/AgCl commercial electrodes.