一种新型粘附传感设备的开发使得该设备能够无缝地附着在人体皮肤上，以便检测和监测佩戴者的健康。这款设备由宾州州立大学的研究团队创造，目的是打造一种更智能的皮肤，能够监测和共享特定的健康信息，例如汗液中的葡萄糖浓度或心率。这项新技术将能够检测与健康相关的信号，并为佩戴者提供有价值的健康信息。
《先进材料》的一篇文章揭示了智能皮肤的能力，例如其重新编程以检测不同信号的能力以及有效回收的能力。该论文是“新星”系列的一部分，展示了来自世界各地早期职业研究人员的工作。此外，研究人员还为他们的工作申请了临时专利。
虽然已经进行了大量努力开发用于健康监测的可穿戴传感器，但在一个经济高效且高效的单一材料平台上，缺乏具有自然粘附的多功能皮肤接口电子产品。
“我们的研究展示了一种可附着在皮肤上的、可重新编程的、多功能粘附设备贴片，采用低成本的激光划线技术制造，从而比目前的制造方法有所进步，”共同通讯作者、宾州州立大学工程学院詹姆斯·L·亨德森（Jr.）教授胡安宇（Larry）说。 Cheng强调，传统柔性电子器件的制造技术复杂且成本高，尤其是当传感器建立在本身并不柔性的柔性基板上时，这种传感器的刚性会限制它们的灵活性。Cheng的团队之前利用激光诱导石墨烯（LIG）开发了生物标志物传感器，该技术涉及使用激光在多孔、柔性的基板上划出三维网络。激光与基板中材料的相互作用产生导电石墨烯。
“然而，基于LIG的柔性基板上的传感器和设备本质上并不是可拉伸的，无法与人类皮肤接触以进行生物传感，”Cheng说，他指出，人的皮肤在形状、温度和湿度水平上是变化的，尤其是在身体活动期间，监测心率、神经表现或汗液葡萄糖水平时可能需要进行测量。“尽管LIG可以转移到可拉伸的弹性体上，但这个过程可能会显著降低其质量。”
Cheng解释说，因此编程传感器设备以监测特定生物或电生理信号的难度会增大。即使设备已正确编程，其传感性能也常常受损。
“为了解决这些问题，直接在可拉伸基板上准备多孔的三维LIG是非常可取的，”共同作者赵佳表示。赵佳在2020年获得宾州州立大学工程科学与力学博士学位，目前是中国电子科技大学的副教授。
为了实现这一目标，研究人员利用聚酰亚胺粉末制备了一种粘性复合材料，以增加强度和耐热性，并将氨基乙氧基聚乙烯亚胺分散在硅弹性体中。这种可拉伸的复合材料允许直接准备三维LIG，并能够适应不规则形状，使其适用于人类受试者。
研究人员通过实验验证了复合材料的有效性。该设备能够跟踪汗液中的pH值、葡萄糖和乳酸水平。它还可以通过指尖扎血检测这些水平。此外，设备可以重新编程以实时监测心率、神经表现和汗液中的葡萄糖水平。重新编程是一个简单的过程，涉及在LIG网络上施加和移除透明胶带。基底可以重新激光化到新的规格，最多可进行四次，在这之后会变得太薄。一旦变得过薄，整个设备就可以回收。
重要的是，Cheng表示，该设备在皮肤光滑时仍能保持粘性，并具备监测能力。目前的技术由电池或近场通信节点供电，类似于无线充电器。该设备有潜力收集能量并通过射频进行通信。研究人员认为，这将导致一个独立的、可拉伸的粘附平台，能够感知所需的生物标志物并监测电生理信号。团队计划与医生合作，最终将这一平台应用于管理糖尿病等疾病，并监测急性问题如感染或伤口。他们的目标是创造集成技术的下一代智能皮肤。Cheng指出，他们正在开发用于健康监测的传感器和药物输送模块，以提供及时的治疗。
