Nội dung bài viết
Mực dẫn điện được sơn trực tiếp lên da theo thiết kế tùy chỉnh đầy màu sắc, sấy khô thành các điện cực hoạt động.
Các nhà khoa học tại Đại học bang Pennsylvania đã phát triển một loại mực dẫn điện mới có thể sơn trực tiếp lên da theo thiết kế tùy chỉnh đầy màu sắc, biến thành điện cực chức năng để theo dõi sinh học sau khi khô.
Họ đã mô tả công việc của mình trong một bài báo mới đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS). Như đã đưa tin trước đây, thiết bị điện tử biểu bì gắn vào da thông qua hình xăm tạm thời (hình xăm điện tử) đã tồn tại hơn một thập kỷ.
Cái gọi là hình xăm điện tử kết nối với da mà không cần chất kết dính, thực tế không gây chú ý và thường được gắn thông qua hình xăm tạm thời, cho phép đo điện (và các phép đo khác, chẳng hạn như nhiệt độ và độ căng) bằng cách sử dụng polyme siêu mỏng với các phần tử mạch nhúng.
Tuy nhiên, những hình xăm điện tử này có những hạn chế, đáng chú ý nhất là chúng không hoạt động tốt trên các bề mặt cong và/hoặc có lông, cũng như yêu cầu thiết kế vị trí điện cực được cá nhân hóa để bao phủ các khu vực lớn hơn, vì các tín hiệu sinh học được phân bổ theo không gian.
Vì vậy, các nhà khoa học ngày càng sáng tạo. Ví dụ, vào năm 2024, các nhà nghiên cứu đã phát triển loại mực dẫn điện dựa trên polymer đặc biệt có thể in lên da đầu của một người để đo sóng não, ngay cả khi họ có tóc.
Điều này một ngày nào đó có thể cho phép theo dõi EEG di động bên ngoài môi trường lâm sàng, cùng với các ứng dụng tiềm năng khác.
Kỹ sư cơ khí của bang Pennsylvania, Larry Cheng, đồng tác giả của bài báo PNAS mới, đã nghiên cứu các thiết kế điện cực cho các ứng dụng giám sát sinh học trong hơn 10 năm, bao gồm EEG, ECG (cho hoạt động của tim) và EMG (cho sự co cơ).
Sử dụng các vật liệu cứng, như kim loại, tạo ra một thiết bị giám sát sinh học ổn định, nhưng nó dễ bị bong ra khi người đeo di chuyển quá nhiều, chẳng hạn như khi tập thể dục.
Hydrogel đã nổi lên trong những năm gần đây như một vật liệu thay thế vì chúng có thể hấp thụ nước, phồng lên và co giãn với da của cơ thể khi di chuyển. Nhưng hydrogel xuống cấp khá nhanh và mất đi những lợi ích đó khi sử dụng kéo dài.
Mồ hôi hoặc tóc cũng có thể làm giảm độ chính xác của việc ghi tín hiệu sinh học. Đó là vì các điện cực thương mại được chế tạo sẵn rồi áp lên da, tạo ra khe hở không khí làm suy yếu kết quả đọc của cảm biến.
Cheng và cộng sự. quyết định phát triển loại mực dẫn điện của họ để giải quyết vấn đề đó.
Họ trộn lẫn với nhau nhiều loại khác nhau các loại polyme và phụ gia axit trong dung dịch etanol/rượu polyvinyl gốc nước.
PEDOT:PSS—hay còn gọi là poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonate)—có tính dẫn điện, cùng với DBSA (axit 4-dodecylbenzensulfonic), cũng đóng vai trò như chất làm dẻo để tạo độ linh hoạt cho mực.
Nhóm đã nhân từ rút ngắn biệt danh viết tắt của loại mực dẫn điện mới của họ thành WE-PPD. “Bản thân mực gần như hoạt động giống như sơn mặt,” Cheng nói.
"Ban đầu nó gần như trong suốt, nhưng bạn có thể sử dụng thuốc nhuộm thực phẩm để nhuộm mực thành bất kỳ màu nào bạn cần để vẽ bất kỳ thiết kế nào bạn nghĩ đến—như phim hoạt hình hay Siêu nhân.
Điều này cho phép chúng tôi cá nhân hóa hoàn toàn thiết bị đeo theo sở thích của mỗi người." Bởi vì mực lấp đầy các đường viền của da nên điện cực thu được có khả năng kết nối da rất cao và do đó ghi tín hiệu tốt hơn.
Nó cũng có thể được kết hợp thành một kết cấu bạc xốp và được tích hợp với các thiết bị cứng.
Các cảm biến được sơn đã được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trên người để theo dõi hoạt động của tim khi chạy trên máy chạy bộ và nâng tạ; nhận dạng cử chỉ để điều khiển bàn tay robot giả; và hoạt động của não (EEG), được theo dõi thông qua tóc, như một đồng tác giả kể về các hoạt động hàng ngày của họ.
Theo các tác giả, các điện cực được sơn có thể co giãn tới 170% trước khi hỏng, có khả năng thấm hơi nước cao hơn nhiều so với màng cấp y tế tiêu chuẩn và không gây kích ứng da khi sử dụng kéo dài.
Cheng cho biết: “Mặc dù chúng tôi đã thử nghiệm ứng dụng sử dụng hàng ngày trong khoảng thời gian 12 giờ nhưng đây không phải là giới hạn đối với các điện cực này”. "Bản thân các điện cực có thể được rửa sạch và dễ dàng dán lại.
Ý tưởng lớn đằng sau điều này là trong tương lai, bạn có thể có một mô-đun cảm biến đắt tiền hơn vẫn tách biệt khỏi hệ thống, nhưng bản thân các điện cực có thể dùng một lần.
Một lọ mực có thể cung cấp đủ vật liệu để sơn nhiều điện cực trong vài ngày hoặc một tuần." Nhóm đã nộp bằng sáng chế tạm thời cho loại mực dẫn điện của họ nhưng vẫn còn một số hạn chế.
Mặc dù việc không có các tạo tác hình ảnh hứa hẹn cho việc chụp ảnh MRI, nhưng các tác giả lưu ý rằng vẫn cần phải có đánh giá an toàn toàn diện trước khi triển khai các cảm biến được sơn trong môi trường lâm sàng.
Hệ thống sưởi do RF gây ra là mối quan tâm đặc biệt do đặc tính siêu dính của cảm biến. rs.
Đó là trọng tâm của nghiên cứu trong tương lai, cùng với việc khám phá khả năng điều chỉnh công nghệ để theo dõi sức khỏe thực vật, vì các cảm biến được sơn có thể phù hợp rất tốt với các hình dạng phức tạp. PNAS, 2026.
DOI: 10.1073/pnas.2615835123 ( Giới thiệu về DOI ). Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm.
Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và mối quan tâm sâu rộng đến nghệ thuật và khoa học công nghệ, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin. Suy cho cùng, bạn không cần phải biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.