章魚啟發的可穿戴傳感器：有望應用于醫療領域!

附著于皮膚的可穿戴電子設備已成為健康傳感器技術領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，發送至用戶的手機。(圖片來源： 美國化學學會)

此類可穿戴設備不僅可監測心率、體表溫度、血氧水平、運動量及其他生理參數，還能監測與炎癥甚至胰島素有關的重要生理指標。可穿戴設備采集的數據與信息，不僅有助于病人及時了解健康和醫療狀況，還能在某些疾病發作之前作出預警，或在疾病發作時讓病人得到及時的醫療照顧。

可穿戴的呼吸監測器(圖片來源：Josh Kim / 加州大學歐文分校)

通過汗液監測人體健康狀況的手環(圖片來源：加州大學伯克利分校)

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

監測心率、呼吸、肌肉運動等健康數據的電子皮膚(圖片來源：大邱慶北科學技術院)

監測皮膚深處的動脈血壓的超聲波貼片(圖片來源：Chonghe Wang/《自然生物醫學工程》)

但是，長期以來，尋找將可穿戴設備貼合到皮膚上的最佳方法一直是一項挑戰。

創新

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

(圖片來源：參考資料【1】)

技術

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。因此，基底(感知成分所依附的材料)的選擇非常關鍵。機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濃密的時候。普通的紗線也容易受到潮濕環境的影響。

在水下時，粘合劑會失去其粘合力;在干燥環境中，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，方昌玄(Changhyun Pang)、崔長松(Changsoon Choi)以及同事們開發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，以幫助導電，同時保持其強度和彈性。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境下，大范圍地檢測壓力與運動。研究人員稱，該器件也能監測一系列人體活動，包括心電圖信號、脈搏和語言模式，因此有望應用于醫療領域。

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