附著于皮膚的可穿戴電子設(shè)備已成為健康傳感器技術(shù)領(lǐng)域的新興研究趨勢之一。

可穿戴傳感器采用“電離子透入療法”使身體出汗，然后測量其中的酒精含量，發(fā)送至用戶的手機(jī)。(圖片來源： 美國化學(xué)學(xué)會)

此類可穿戴設(shè)備不僅可監(jiān)測心率、體表溫度、血氧水平、運(yùn)動量及其他生理參數(shù)，還能監(jiān)測與炎癥甚至胰島素有關(guān)的重要生理指標(biāo)。可穿戴設(shè)備采集的數(shù)據(jù)與信息，不僅有助于病人及時了解健康和醫(yī)療狀況，還能在某些疾病發(fā)作之前作出預(yù)警，或在疾病發(fā)作時讓病人得到及時的醫(yī)療照顧。

可穿戴的呼吸監(jiān)測器(圖片來源：Josh Kim / 加州大學(xué)歐文分校)

通過汗液監(jiān)測人體健康狀況的手環(huán)(圖片來源：加州大學(xué)伯克利分校)

監(jiān)測并治療糖尿病的石墨烯腕帶(圖片來源：Hui Won Yun / 首爾大學(xué))

監(jiān)測心率、呼吸、肌肉運(yùn)動等健康數(shù)據(jù)的電子皮膚(圖片來源：大邱慶北科學(xué)技術(shù)院)

監(jiān)測皮膚深處的動脈血壓的超聲波貼片(圖片來源：Chonghe Wang/《自然生物醫(yī)學(xué)工程》)

但是，長期以來，尋找將可穿戴設(shè)備貼合到皮膚上的最佳方法一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新

近日，韓國的一支科研團(tuán)隊(duì)報告稱，他們受章魚吸盤啟發(fā)，開發(fā)出一種基于石墨烯、有吸附力的生物傳感器。其研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會應(yīng)用材料與接口(ACS Applied Materials & Interfaces)》期刊上。

(圖片來源：參考資料【1】)

技術(shù)

一個真正有效的可穿戴傳感器必須是柔軟的，而且可以完全貼合到潮濕和干燥的皮膚上，讓用戶保持舒適的體驗(yàn)。因此，基底(感知成分所依附的材料)的選擇非常關(guān)鍵。機(jī)織紗是一種普遍使用的基底，但它有時會與皮膚接觸得不完全，特別是在皮膚上毛發(fā)濃密的時候。普通的紗線也容易受到潮濕環(huán)境的影響。

在水下時，粘合劑會失去其粘合力;在干燥環(huán)境中，粘合劑又太粘，以至于撕下的時候會讓人感到疼痛。為了克服這些挑戰(zhàn)，方昌玄(Changhyun Pang)、崔長松(Changsoon Choi)以及同事們開發(fā)出一種低成本的石墨烯基傳感器。該傳感器具有類似紗線的基底，該基底采用章魚般的吸盤吸附到皮膚上。

章魚(圖片來源：維基百科)

研究人員們將氧化石墨烯涂覆到彈性聚氨酯與滌綸織物上，并浸泡在L-抗壞血酸中，以幫助導(dǎo)電，同時保持其強(qiáng)度和彈性。在那里，他們添加了一層石墨烯涂層和PDMS薄膜，以形成從織物到皮膚的導(dǎo)電路徑。最終，他們將吸盤般的微型圖案蝕刻到薄膜上。

價值

該傳感器可以在潮濕和干燥的環(huán)境下，大范圍地檢測壓力與運(yùn)動。研究人員稱，該器件也能監(jiān)測一系列人體活動，包括心電圖信號、脈搏和語言模式，因此有望應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。

參考資料

【1】Sungwoo Chun, Wonkyeong Son, Da Wan Kim, Jihyun Lee, Hyeongho Min, Hachul Jung, Dahye Kwon, A-Hee Kim, Young-Jin Kim, Sang Kyoo Lim, Changhyun Pang, Changsoon Choi. Water-Resistant and Skin-Adhesive Wearable Electronics Using Graphene Fabric Sensor with Octopus-Inspired Microsuckers. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019; 11 (18): 16951 DOI: 10.1021/acsami.9b04206