可贴在皮肤上的神奇石墨烯电子纹身

2020年4月13日 分类:石墨烯新闻 作者:实验帮

如上图所示,石墨烯的纹身可以保留其全部完整功能大约两天的时间,但如果需要的话,可以用胶带将其剥离。

研究人员设计了一种基于石墨烯的纹身结构,可以直接在皮肤上涂上一层,就像水那样,类似于临时纹身。且可以实现具有艺术和丰富多彩的设计,这种新的纹身几乎是透明的。它的主要吸引力在于石墨烯独特的电子特性使这种纹身可以作为一个可穿戴式电子设备,具有十分广阔的潜在的应用前景,包括生物学应用(如测量心脏的活动或者大脑和肌肉),以及实现人机交互。

研究小组成员由得克萨斯大学奥斯汀分校的Deji Akinwande 和 Nanshu Lu领导,并且发表了一篇关于石墨烯的电子纹身的论文在《ACS Nano》杂志上。

在某些方面,石墨烯的电子纹身是类似于市售的健康和健身追踪电子设备:这种类型的设备都能够心率监测,是一种生物阻抗测量装置(衡量人体的电流响应)。但由于超薄石墨烯纹身可以完全符合皮肤,他们还可以提供医疗级数据质量,相反的性能较低的刚性电极传感器安装在乐队和捆绑到手腕或胸部。由于高质量的传感,研究人员预计石墨烯纹身可能为现有的医疗传感器提供有希望的替代品,传统的这些传感器通常贴在皮肤上,需要凝胶或浆糊,才能使电极发挥作用。

“石墨烯的纹身是一个干燥的生理传感器,由于它的厚度,可以形成一个超共形接触皮肤,从而增加信号的保真度,”美国得克萨斯大学奥斯汀分校的合著者shideh kabiri表示说。“一致性可以让运动伪影的敏感性较低,这也是传统上用于生理测量的常规的传感器和电极的一个最大的缺点。”

这种新的纹身是由石墨烯制成的,上面涂有透明聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的超薄背衬层。在制作过程中,石墨烯/ PMMA双层被转移到一张普通的纹身纸上,然后将双层膜刻成不同的蛇纹石丝带图案,制成不同类型的传感器。制作完成的纹身,然后转移到身体的任何部分,使石墨烯与皮肤接触,并在纹身纸背面用水释放纹身。纹身可保留其功能约两天或以上时间,但如果需要的话,可以用胶带把纹身剥离。

由于研究人员先前已经表明,从理论上讲,石墨烯纹身必须小于510纳米厚,以完全符合人体皮肤,并表现出最佳的性能,他们在这里制作的纹身只有460纳米厚。结合石墨烯/ PMMA双层透光率约为85%,而纹身比人体皮肤更有弹性,由此,石墨烯纹身在人体身上在机械和光学方面是难以察觉的。

试验结果表明,石墨烯的电子纹身可以成功地用于测量各种电生理信号,包括皮肤温度和皮肤的水合作用,并可作为心电图(ECG)、肌电图(EMG)和脑电图(EEG),测量心脏的电活动,或者肌肉、大脑等各项参数。

“石墨烯电子纹身最有希望的潜在应用在于移动医疗、辅助技术、人机接口等,”Kabiri Ameri说。“在人机接口领域,从大脑和肌肉记录的电生理信号可以被分类并分配给机器中的特定动作。这一领域的研究可以应用于物联网、智能房屋和城市、人机交互、智能轮椅、语音辅助技术、分心驾驶监控和人类机器人控制等方面。最近,我们演示了应用石墨烯纹身来检测人体信号以无线控制飞行物体。该演示将在不久的将来公布。”

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