新型电子皮肤可实现长期的可监测性

文/陈根

现如今,可穿戴设备实时监测身体健康,已经走入了日常生活,各类手环手表、电子皮肤层出不穷。就电子皮肤而言,其能附着在人体皮肤表面,通过分析毛孔来检测维生素 C、血糖等诸多生理特征。

不过,目前电子皮肤存在一个问题,即市面上的电子皮肤往往是由聚合物材料制成,并不那么透气,在动辄就大汗淋漓的夏天,其可能在短时间内就会脱落,或者里面的传感器发生故障。

为此,麻省理工学院的研究人员开发出了一款新型电子皮肤。这是一种内嵌传感器的粘性贴片,上面巧妙分布着类似人体的“毛孔”,不仅舒适亲肤,而且即使佩戴者出汗,也不会出现故障或从皮肤上脱落的情况。

为了做到电子皮肤的透气性,研究人员向实际的人类皮肤寻找灵感。通过调查,该团队确定了一些有用的特征,如每个毛孔的平均直径约为100 微米,而且毛孔在皮肤上是随机分布的。此外,如果能在电子皮肤中提供人工汗液管道,并为汗液制作高渗透性的路径,就可能实现长期的可监测性。

根据这些观察,研究人员打造出新型电子皮肤。该皮肤共分为四层,前三层为铜(Au)与聚酰亚胺 (PI) 互连封装的电子模块,其中内嵌了温度、紫外线等多种传感器,最后一层为聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 粘合剂。每一层都被打孔,形成人造“毛孔”以防止汗液滞留在感应区。

但如果笼统地将孔的图案刻蚀在薄膜上,薄膜的伸缩延展性会降低,而且贴在皮肤上时很容易破裂。所以研究人员又从剪纸艺术中汲取灵感,把孔用一些极细通道连接起来,让人造皮肤产生像剪纸般可拉伸的效果。

为了测试新款电子皮肤的功能,研究人员将其贴在志愿者的手腕和前额上进行测试,并让志愿者连续佩戴该设备超过一周。

在此期间,智能贴片能够有效地测量出受试者的体温、水分含量、紫外线照射和脉搏。而且,为了测试其防汗效果,受试者进行了跑步 30 分钟、吃辛辣食物并大量出汗的尝试,结果贴片纹丝不动,其监测性能也未受影响。

虽然该电子皮肤透气性好且防汗,但由于剪纸的设计,加上材料的超薄特点,使其在受到摩擦时显得非常脆弱。所以在未来,其强度和耐用性还需要进一步提高。