Desenvolvimento de sensores para registo eletroencefálico baseados num polímero de PEDOT dopado com nanotubos de carbono

Abstract

O Eletroencefalograma (EEG) emergiu como uma técnica para o registo de atividade elétrica do cérebro. A sua natureza não invasiva torna-a uma técnica ideal para aplicações clínicas. O registo de sinais neuronais é uma das técnicas mais utilizadas no estudo da função e distúrbios do sistema nervoso. Sendo utilizado para o diagnóstico da epilepsia, perturbações do sono tais como narcolepsia, monitorização da atividade cerebral durante a administração de anestesia, durante cirurgia cerebral, e muitas outras áreas. Apesar de todos os avanços tecnológicos, o registo eletroencefálico continua a ser um desafio tecnológico importante, devido à transmissão do sinal na interface elétrodopele. Os métodos de EEG tradicionais utilizam elétrodos de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl), que geralmente necessitam de gel eletrólito para formar uma interface condutora entre o elétrodo e a pele. As suas maiores vantagens são: a biocompatibilidade, a confiabilidade, a excelente razão sinal-ruído e a reprodutibilidade do potencial elétrico. No entanto, nas últimas décadas, surgiram várias novas abordagens acerca dos elétrodos para EEG, devido a algumas limitações inerentes aos elétrodos tradicionais. Os polímeros condutores são um dos materiais mais interessantes devido à transmissão de carga altamente eficaz na interface pele-elétrodo. Um dos principais objetivos dos polímeros condutores é melhorar a razão sinal-ruído e a estabilidade do sensor. O poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) é um dos polímeros mais promissores devido à sua elevada condutividade elétrica, boa estabilidade térmica e química. Os nanotubos de carbono têm propriedades elétricas, físicas e térmicas extraordinárias, tornando-o um material interessante para conjugação com os polímeros condutores. A presente dissertação descreve o desenvolvimento de um sensor para o registo EEG combinando dois materiais: PEDOT e nanotubos de carbono. O PEDOT funciona como um material condutor melhorando a interação biológica enquanto os nanotubos de carbono criam uma estrutura condutora tornando o compósito menos vulnerável à degradação. Os objetivos deste projeto são: o desenvolvimento de um elétrodo reprodutível e robusto consistindo num compósito de PEDOT-CNT depositado numa superfície de ouro; a caracterização eletroquímica, mecânica, morfológica, química e de suscetibilidade ao ruído elétrico dos elétrodos desenvolvidos; comparação do registo eletroencefálico in-vivo entre os novos elétrodos de PEDOT-CNT e os elétrodos tradicionais de Ag/AgCl. A caracterização eletroquímica e adesão do filme ao ouro comprovaram a boa performance do elétrodo PEDOT-CNT relativamente ao elétrodo de Ag/AgCl, obtendose um sensor estável e com baixa impedância na interface elétrodo-pele. As imagens obtidas por SEM e AFM mostraram uma boa incorporação dos nanotubos na matriz polimérica. Para densidades de corrente mais elevadas aplicadas no processo de eletropolimerização, as superfícies são mais porosas e têm consequentemente maior área superficial efetiva. Através de ensaios de ruído mostrou-se que os elétrodos são pouco suscetíveis ao ruído. Nos ensaios in-vivo a maior componente de ruído elétrico se deve à pele. Por fim, os ensaios in-vivo em adultos saudáveis comprovaram a fiabilidade dos elétrodos PEDOT-CNT, para o registo eletroencefálico. Palavras-chave: nanotubos de carbono, PEDOT, eletropolimerização, sensor, registo EEG.