世界上最薄的感測器誕生了，可以像紋身貼到皮膚上

可檢測心臟、肌肉、大腦的信號，且完全防水。

前不久，在舊金山國際電子元件會議（IEDM）上展出的石墨烯「紋身」是世界上最薄的表皮電子設備。像紋身一樣貼附在皮膚表面的石墨烯感測器可以測量來自心臟、肌肉和大腦的電信號，以及皮膚的溫度和濕度。這種新型感測器的測量精度與體積龐大的傳統醫療設備相同，甚至更高。

德克薩斯大學奧斯汀分校的感測器開發人員希望該產品可用於化妝品市場，並希望超薄感測器可以代替現有的醫療檢測設備，為用戶提供更為舒適的佩戴體驗。

目前，如果醫生想通過監測心率來診斷心臟疾病，患者需要佩戴體積較大的心電圖監測設備（EKG）24小時。研究人員希望在保持甚至提高測量精度的條件下開發出體積更小、不引人注目的監控設備。德吉（Deji Akinwande）是二維材料領域的電氣工程師，他正在與表皮電子學專家魯南姝教授合作開展該項目。

材料科學家多年來都在宣揚石墨烯優越的電學和機械性能。此外，這種單原子厚度的二維材料還有一個重要特性：透明性。當它貼附在皮膚上時，它還會順著皮膚表面的高低起伏發生形變。德吉說，石墨烯材料的透明性和柔軟性使得當其貼附在皮膚表面時，我們幾乎感覺不到它的存在。

研究人員首先在銅基板上生長出單層石墨烯，然後覆蓋一層有彈性的聚合物材料，並蝕刻掉銅。接下來，將聚合物-石墨烯片放置在臨時紋身紙上後，研究人員通過一定的方法將石墨烯片刻蝕成具有彈性的螺旋形電極。這樣，世界上最薄的醫療設備就可以像臨時紋身那樣貼到皮膚上了。

在驗證實驗中，研究人員使用石墨烯紋身進行了5種測量，並將得到的數據與常規感測器的結果進行比較。

石墨烯電極可以讀取下皮組織中電活動變化引起的電阻變化。佩戴在胸部上時，石墨烯感測器可以檢測到傳統心電圖設備不可見的微弱波動。此外，應用於腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG，用於記錄肌肉的電信號，可廣泛應用於下一代義肢）的感測器精度也十分高。德吉介紹到，石墨烯感測器還可以監測皮膚溫度和濕度的變化，許多化妝品公司對此十分感興趣。

石墨烯與皮膚的高度貼合性是其高精度的原因之一。常規醫療檢測設備使用的大體積剛性電極與皮膚之間存在空氣間隙，大大降低了這些儀器的信號精度。一些新型感測器只有幾個微米厚度，與皮膚的貼合性也大大提高，但因為它們仍使用數百納米厚的金電極，在皮膚拉伸和收縮時電極可能與皮膚失去接觸。

相比之下，德州研究人員開發的感測器中石墨烯電極厚度僅有0.3納米。

德吉說，接下來他們將為石墨烯紋身添加信號傳輸系統，以實現設備和手機或計算機之間的數據傳輸。