Forskare har designat en grafenbaserad tatuering som kan lamineras direkt på huden med vatten, liknar en tillfällig tatuering. Men istället för att presentera konstnärlig eller färgglad design, den nya tatueringen är nästan genomskinlig. Dess främsta attraktion är att grafens unika elektroniska egenskaper gör det möjligt för tatueringen att fungera som en bärbar elektronisk enhet, med potentiella tillämpningar inklusive biometrisk användning (som att mäta hjärtats elektriska aktivitet, hjärna, och muskler), såväl som interaktioner mellan människa och maskin.

Forskarna, ledd av Deji Akinwande och Nanshu Lu vid University of Texas i Austin, har publicerat en artikel om den nya grafen elektroniska tatueringen i ett nyligen utgåva av ACS Nano .

På vissa sätt, den elektroniska grafentatueringen liknar kommersiellt tillgängliga elektroniska enheter för hälso- och träningsspårning:båda typerna av enheter kan mäta hjärtfrekvens och bioimpedens (ett mått på kroppens svar på en elektrisk ström). Men eftersom de ultratunna grafentatueringarna helt kan anpassa sig till huden, de erbjuder datakvalitet av medicinsk kvalitet, i motsats till den lägre prestandan hos de stela elektrodsensorerna monterade på band och fastspända på handleden eller bröstet. På grund av den högkvalitativa avkänningen, forskarna förväntar sig att grafentatueringarna kan erbjuda lovande ersättningar för befintliga medicinska sensorer, som vanligtvis är tejpade på huden och kräver gel eller pasta för att elektroderna ska fungera.

"Grafentatueringen är en torr fysiologisk sensor som, på grund av dess tunnhet, bildar en ultrakonform kontakt med huden, vilket resulterar i ökad signaltrohet, "medförfattare Shideh Kabiri Ameri vid University of Texas i Austin berättade för Phys.org. "Konformitet resulterar i mindre känslighet för rörelseartefakter, vilket är en av de största nackdelarna med konventionella torra sensorer och elektroder för fysiologiska mätningar."

De nya tatueringarna är gjorda av grafen som är belagd med ett ultratunt stödskikt av transparent polymer poly(metylmetakrylat) (PMMA). Under tillverkningen, grafen/PMMA-dubbelskiktet överförs till en bit vanligt tatueringspapper, och dubbelskiktet skärs sedan in i olika mönster av serpentinband för att göra olika typer av sensorer. Den färdiga tatueringen överförs sedan till vilken del av kroppen som helst genom att grafensidan kommer i kontakt med huden och applicerar vatten på tatueringspapprets baksida för att frigöra tatueringen. Tatueringarna behåller sin fulla funktion i cirka två dagar eller mer, men kan dras av med en bit tejp om så önskas.

Eftersom forskarna tidigare visat att teoretiskt sett, en grafentatuering måste vara mindre än 510 nm tjock för att helt anpassa sig till mänsklig hud och uppvisa optimal prestanda, tatueringen de tillverkade här är bara 460 nm tjock. Kombinerat med grafen/PMMA dubbelskikts optisk transparens på cirka 85 %, och det faktum att tatueringarna är mer töjbara än mänsklig hud, de resulterande grafentatueringarna är knappt märkbara, både mekaniskt och optiskt.

Tester visade att grafen elektroniska tatueringar framgångsrikt kan användas för att mäta en mängd olika elektrofysiologiska signaler, inklusive hudtemperatur och återfuktning av huden, och kan fungera som ett elektrokardiogram (EKG), elektromyogram (EMG), och elektroencefalogram (EEG) för att mäta hjärtats elektriska aktivitet, muskler, och hjärnan, respektive.

"Graphene elektroniska tatueringar är mest lovande för potentiella tillämpningar inom mobil hälsovård, assisterad teknik, och mänskliga maskingränssnitt, ", sa Kabiri Ameri. "Inom området för mänskliga maskingränssnitt, elektrofysiologiska signaler som registreras från hjärnan och musklerna kan klassificeras och tilldelas för specifik verkan i en maskin. Detta forskningsområde kan ha tillämpningar för internet of things, smarta hus och städer, människa-datorinteraktion, smarta rullstolar, talhjälpsteknik, övervakning av distraherad körning, och människa-robot kontroll. Nyligen har vi demonstrerat tillämpningen av grafentatueringar för att känna av mänskliga signaler för att trådlöst kontrollera flygande föremål. Den demonstrationen kommer att rapporteras inom en snar framtid."

© 2017 Phys.org