这些彩绘电子纹身可能是可穿戴生物传感器的未来

宾夕法尼亚州立大学的科学家开发了一种新型导电墨水，可以以彩色定制设计直接涂在皮肤上，干燥后变成用于生物监测的功能电极。他们在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一篇新论文中描述了他们的工作。正如之前报道的那样，通过临时纹身（电子纹身）附着在皮肤上的表皮电子设备已经存在十多年了。所谓的电子纹身无需粘合剂即可连接到皮肤，实际上不易察觉，并且通常通过临时纹身进行附着，允许使用带有嵌入式电路元件的超薄聚合物进行电气测量（以及其他测量，例如温度和应变）。然而，这些电子纹身有其局限性，最值得注意的是，它们在弯曲和/或多毛的表面上不能很好地发挥作用，并且由于生物信号是空间分布的，因此需要个性化的电极放置设计来覆盖更大的区域。因此，科学家们一直在发挥创造力。例如，2024 年，研究人员开发了特殊的聚合物导电墨水，可以将其打印到人的头皮上来测量脑电波，即使他们有头发。有一天，这可能会在临床环境之外实现移动脑电图监测以及其他潜在应用。宾夕法尼亚州立大学机械工程师 Larry Cheng 是这篇新 PNAS 论文的合著者，十多年来一直致力于生物监测应用的电极设计，包括脑电图、心电图（用于心脏活动）和肌电图（用于肌肉收缩）。使用金属等刚性材料可以形成稳定的生物监测器，但当佩戴者运动过多时，例如在运动期间，它很容易脱落。近年来，水凝胶已成为替代材料，因为它们可以在运动过程中吸水、膨胀并随身体皮肤伸展。但水凝胶的降解速度相当快，并且随着长时间使用就会失去这些好处。汗水或头发也会降低记录生物信号的准确性。这是因为商业电极是预制的，然后贴在皮肤上，形成了一个气隙，削弱了传感器读数。程等人。决定开发导电墨水来解决这个问题。他们将几种不同类型的聚合物和酸性添加剂在水基乙醇/聚乙烯醇溶液中混合在一起。

PEDOT:PSS（又名聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐））与 DBSA（4-十二烷基苯磺酸）一起提供导电性，DBSA 还充当增塑剂，赋予油墨柔韧性。该团队用各种不同的设计和颜色绘制了传感器，包括上图所示的狐狸等动物以及其他可爱的角色。该团队用各种不同的设计和颜色绘制了传感器，包括上图所示的狐狸等动物以及其他可爱的角色。该团队用各种不同的设计和颜色绘制了传感器，包括上图所示的狐狸等动物以及其他可爱的角色。该团队仁慈地将其新型导电墨水的缩写名称缩短为 WE-PPD。

“墨水本身几乎就像脸上的颜料，”程说。

“它一开始几乎是透明的，但你可以使用食用染料将墨水着色成你需要的任何颜色，以绘制你想要的任何设计——比如卡通或超人。这使我们能够根据个人的喜好完全个性化可穿戴设备。”由于墨水填充了皮肤的轮廓，因此所得电极具有非常高的皮肤连接性，因此可以更好地记录信号。它还可以融入多孔银质地并与刚性设备集成。这些涂漆传感器在实验室中对人体进行了测试，以监测心脏活动。