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浙江大学《Small Sci》石墨烯电热膜的红外辐射触发了α和θ脑电波
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-05-13  点击数:114

  1成果简介
  脑电图(EEG)信号中的α和θ频率脑波活动被证明与注意力、抑制过程、记忆力、感知能力和睡眠有关。脑电波的减弱被证明是衰老甚至老年痴呆症的原因,因此激发阿尔法和θ脑电波活动可能会带来积极的行为改变,如促进保健和快速睡眠。本文,浙江大学林时胜 教授团队在《Small Science》期刊发表名为“Infrared Radiation of Graphene Electrothermal Film Triggered Alpha and Theta Brainwaves”的论文,研究发现,多层石墨烯电热膜的红外辐射能明显促进人脑中α和θ脑电波的出现。其中,脑电图中α波和θ波的出现频率和持续时间可分别有效提高2.3/2.9倍和3.0/4.1倍。系统研究了不同工作温度和加热材料的对比效果,结果表明多层石墨烯电热膜的高效红外辐射与人体热辐射波长范围 7 至 14 μm 相吻合,可能是这种增强的主要机制。多层石墨烯薄膜电加热器是触发阿尔法和θ脑电波的一种便捷而令人惊讶的方法,在扩大医疗保健需求领域有许多潜在应用。
  2图文导读 



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  图1、a) 人脑电波脑电图检测示意图。b)人类脑电波和五种脑电波的频率。c) 脑电波测试位置。d)五种脑电波的不同情绪状态。脑电图信号处理模式和信号检测流程图。


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  图2、a) 石墨烯电热薄膜的光学和电学特性。b,c) 网格状石墨烯电热薄膜的光学图片。d)石墨烯薄膜在(b)中的水平部分和(c)中垂直部分的SEM图像。e) 室温25°C下石墨烯薄膜的拉曼光谱。f)石墨烯薄膜在5.0 V偏置电压下的红外图像。石墨烯电热薄膜的红外辐射光谱。



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  图3、a) 脑电图信号中α波的信号分析。b) 在石墨烯加热之前,来自 O1 或 O2 位置的一分钟初始 α 波。插图:石墨烯加热前的典型α波。c) 石墨烯电热膜加热效果 3 分钟后,从 O1 或 O2 位置发出 1 分钟的 α 波 插图:加热后的典型 α 波。d) 石墨烯电热膜加热前后1 min脑电信号中α波的详细出现时间。e) 石墨烯电热膜加热前后脑电信号中α波的发生时间对比。f) 不同加热温度下脑电信号中α波的出现频率。水、铜、单层石墨烯和多层石墨烯电热膜加热下脑电图信号中α波的出现频率。


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  图4、a) 脑电图信号中θ波的信号分析。b) 在石墨烯加热之前,从 F3 或 F4 位置发出一分钟的初始 θ 波。插图:石墨烯加热前的典型θ波。c) 石墨烯薄膜加热 3 分钟后从 F3 或 F4 位置发出一分钟的 theta 波 插图:石墨烯加热后的典型 θ 波。d) 石墨烯电热膜加热前后 1 分钟脑电图信号中 θ 波的详细出现时间。e) 石墨烯电热薄膜加热前后脑电信号中θ波的发生时间对比。f) 不同加热温度下脑电信号中θ波的出现频率。θ波在水、Cu、单层石墨烯和多层石墨烯电热膜加热下脑电信号中的出现频率。
  3小结
  我们发现,通过将嵌入围巾的石墨烯电热膜电加热器围在后颈部,可有效提高人脑中阿尔法波和斯塔波的发生频率和持续时间。我们独特地指出,在 50 ℃ 的优化温度下,脑电图中α波和θ波的出现频率可有效提高 2.3 倍和 3.0 倍,脑电图中α波和θ波的持续时间也可有效延长 2.9 倍和 4.1 倍。水、铜甚至单层石墨烯的加热效果也与多层石墨烯薄膜进行了比较,这表明石墨烯电热膜的红外辐射在增强α和θ脑波效果中起着关键作用。虽然详细的机制还有待进一步探讨,但这可能与石墨烯的高效红外辐射波长位于 7 至 14 μm,与人体热辐射波长相吻合有关。石墨烯电热膜电加热器是一种方便、无创的表征工具,可用于增强与记忆和注意力等系统相关的神经认知功能,还可用于检测脑电图,在医疗保健需求扩大的领域具有许多潜在应用。
  文献:

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