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像临时纹身一样贴合皮肤,还能跟踪心率和皮肤温度

临时纹身

像临时纹身一样进入皮肤的石墨烯健康传感器以与庞大的医疗设备相同的精度进行测量。12月在旧金山的国际电子设备会议上提出的石墨烯纹身是最薄的表皮电子学。它们可以测量来自心脏,肌肉和大脑的电信号,以及皮肤温度和水温。

图片来源:得克萨斯大学奥斯汀分校

正在开发传感器的德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员希望能够开发用于消费者化妆品的传感器。他们还希望超薄传感器将为现有医疗设备提供更舒适的更换。

今天,如果你的医生想长时间监测你的心率,以帮助诊断一些心脏不规则,你会被送回家与一个庞大的EKG监测线束穿24小时。德克萨斯州的研究人员希望制造一个可以测量同样质量或更好的测量系统,但这是不引人注目的。 Deji Akinwande是一位专门从事2D材料的电气工程师,目前正在与Nanshu Lu合作开展该项目,他在表皮电子学领域工作。

材料科学家多年来对石墨烯的电性能和机械韧性表示赞赏。 Akinwande说,这种单原子厚的东西是机械隐形的。当它在皮肤上,它不只是保持平坦 - 它符合微米脊和表皮的粗糙。 “你不觉得它,因为它是如此贴合,”Akinwande说。

德克萨斯研究人员从在一片铜板上生长单层石墨烯开始。然后用可拉伸的载体聚合物涂布2D碳片,并蚀刻掉铜。接下来,将聚合物 - 石墨烯片放置在临时纹身纸上,雕刻石墨烯以制造在其之间具有弹性螺旋形连接的电极,并且去除过量的石墨烯。现在,传感器准备好通过将其放置在皮肤上并润湿纸张的背面来应用。

在他们的概念验证工作中,研究人员使用石墨烯纹身进行五种测量,并将数据与常规传感器的结果进行比较。石墨烯电极可以拾取由下面的组织中的电活动引起的电阻变化。当佩戴在胸部上时,石墨烯传感器检测到在由相邻的常规电极拍摄的EKG上不可见的微弱波动。用于脑电图(EEG)和肌电图(EMG,其可以用于记录来自肌肉的电信号并且正被并入下一代假肢臂和腿)的传感器读数也具有良好的质量。而传感器可以测量皮肤温度和水化,这是化妆品公司感兴趣的东西,Akinwande说。

石墨烯与皮肤的一致性可能是实现高质量测量的原因。皮肤和在常规医疗装置中使用的相对大的刚性电极之间的空气间隙降低了这些仪器的信号质量。较新的传感器粘在皮肤上,伸展和皱纹与它有较少的气隙,但因为他们仍然是几微米厚,并使用数百纳米厚的金电极,他们可以失去与皮肤皱纹时的接触。在德克萨斯研究人员的设备中的石墨烯是0.3nm厚。大多数纹身的大部分来自463 nm厚聚合物支持。

下一步是在设计中添加一个天线,使信号可以从设备传输到手机或计算机,Akinwande说。

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