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- 世界上最薄的傳感器誕生了，可以像紋身貼到皮膚上
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2017/1/22
前不久，在舊金山國際電子元件會議（IEDM）上展出的石墨烯“紋身”是世界上最薄的表皮電子設備。像紋身一樣貼附在皮膚表面的石墨烯傳感器可以測量來自心臟、肌肉和大腦的電信號，以及皮膚的溫度和濕度。這種新型傳感器的測量精度與體積龐大的傳統(tǒng)醫(yī)療設備相同，甚至更高。
德克薩斯大學奧斯汀分校的傳感器開發(fā)人員希望該產(chǎn)品可用于化妝品市場，并希望超薄傳感器可以代替現(xiàn)有的醫(yī)療檢測設備，為用戶提供更為舒適的佩戴體驗。
目前，如果醫(yī)生想通過監(jiān)測心率來診斷心臟疾病，患者需要佩戴體積較大的心電圖監(jiān)測設備（EKG）24小時。研究人員希望在保持甚至提高測量精度的條件下開發(fā)出體積更小、不引人注目的監(jiān)控設備。德吉（Deji Akinwande）是二維材料領域的電氣工程師，他正在與表皮電子學專家魯南姝教授合作開展該項目。
材料科學家多年來都在宣揚石墨烯優(yōu)越的電學和機械性能。此外，這種單原子厚度的二維材料還有一個重要特性：透明性。當它貼附在皮膚上時，它還會順著皮膚表面的高低起伏發(fā)生形變。德吉說，石墨烯材料的透明性和柔軟性使得當其貼附在皮膚表面時，我們幾乎感覺不到它的存在。
研究人員首先在銅基板上生長出單層石墨烯，然后覆蓋一層有彈性的聚合物材料，并蝕刻掉銅。接下來，將聚合物-石墨烯片放置在臨時紋身紙上后，研究人員通過一定的方法將石墨烯片刻蝕成具有彈性的螺旋形電極。這樣，世界上最薄的醫(yī)療設備就可以像臨時紋身那樣貼到皮膚上了。
在驗證實驗中，研究人員使用石墨烯紋身進行了5種測量，并將得到的數(shù)據(jù)與常規(guī)傳感器的結果進行比較。
石墨烯電極可以讀取下皮組織中電活動變化引起的電阻變化。佩戴在胸部上時，石墨烯傳感器可以檢測到傳統(tǒng)心電圖設備不可見的微弱波動。此外，應用于腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG，用于記錄肌肉的電信號，可廣泛應用于下一代義肢）的傳感器精度也十分高。德吉介紹到，石墨烯傳感器還可以監(jiān)測皮膚溫度和濕度的變化，許多化妝品公司對此十分感興趣。
石墨烯與皮膚的高度貼合性是其高精度的原因之一。常規(guī)醫(yī)療檢測設備使用的大體積剛性電極與皮膚之間存在空氣間隙，大大降低了這些儀器的信號精度。一些新型傳感器只有幾個微米厚度，與皮膚的貼合性也大大提高，但因為它們?nèi)允褂脭?shù)百納米厚的金電極，在皮膚拉伸和收縮時電極可能與皮膚失去接觸。
相比之下，德州研究人員開發(fā)的傳感器中石墨烯電極厚度僅有0.3納米。
德吉說，接下來他們將為石墨烯紋身添加信號傳輸系統(tǒng)，以實現(xiàn)設備和手機或計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
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