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Jul 02, 2023

グラフェン電子タトゥーは水で皮膚に適用できます

Speciale del 7 agosto 2017

2017年8月7日特集

リサ・ザイガ著、Phys.org

研究者らは、一時的なタトゥーと同様に、水で皮膚に直接ラミネートできるグラフェンベースのタトゥーを設計した。 しかし、新しいタトゥーは芸術的またはカラフルなデザインではなく、ほぼ透明です。 その主な魅力は、グラフェンのユニークな電子特性により、タトゥーがウェアラブル電子デバイスとして機能し、生体認証用途 (心臓、脳、筋肉の電気活動の測定など) や人間と機械の相互作用を含む潜在的な用途が可能になることです。 。

テキサス大学オースティン校のデジ・アキンワンデ氏とナンシュ・ルー氏が率いる研究者らは、ACS Nanoの最新号で新しいグラフェン電子タトゥーに関する論文を発表した。

ある意味、グラフェン電子タトゥーは、健康とフィットネスを追跡するための市販の電子デバイスに似ています。どちらの種類のデバイスも、心拍数のモニタリングと生体インピーダンス (電流に対する身体の反応の尺度) が可能です。 しかし、極薄グラフェンタトゥーは皮膚に完全に適合するため、バンドに取り付けられ、手首や胸にストラップで固定された剛性電極センサーの性能が低いのとは対照的に、医療グレードのデータ品質を提供します。 高品質のセンシングにより、研究者らは、グラフェンタトゥーが、通常は皮膚にテープで貼り付けられ、電極を機能させるためにゲルまたはペーストを必要とする既存の医療センサーの有望な代替品となる可能性があると期待している。

「グラフェンタトゥーは乾燥した生理学的センサーであり、その薄さにより皮膚に極めて均一な接触を形成し、結果として信号忠実度が向上します」と共著者であるテキサス大学オースティン校のシデ・カビリ・アメリ氏はPhys.orgに語った。 「適合性により、動作アーチファクトの影響を受けにくくなります。これが、生理学的測定用の従来のドライセンサーや電極の最大の欠点の 1 つです。」

新しいタトゥーはグラフェンでできており、その上に透明なポリマーであるポリ（メタクリル酸メチル）（PMMA）の極薄裏層がコーティングされている。 製造中に、グラフェン/PMMA 二重層を通常のタトゥー紙に転写し、その後、二重層をさまざまなパターンの蛇行リボンに彫刻して、さまざまなタイプのセンサーを作成します。 完成したタトゥーは、グラフェン面を皮膚に接触させ、タトゥー紙の裏側に水をかけてタトゥーを剥がすことで、体の任意の部分に転写されます。 タトゥーは約 2 日以上完全な機能を保ちますが、必要に応じて粘着テープで剥がすことができます。

研究者らは、人間の皮膚に完全に適合し、最適なパフォーマンスを発揮するには、理論的にはグラフェンタトゥーの厚さが 510 nm 未満でなければならないことを以前に示したため、ここで作製したタトゥーの厚さはわずか 460 nm です。 約 85% のグラフェン/PMMA 二重層の光透過性と、タトゥーが人間の皮膚よりも伸縮性があるという事実を組み合わせると、結果として得られるグラフェン タトゥーは、機械的にも光学的にもほとんど認識されません。

テストの結果、グラフェン電子タトゥーは、皮膚の温度や皮膚の水分量を含むさまざまな電気生理学的信号の測定に使用でき、電気的状態を測定するための心電図 (ECG)、筋電図 (EMG)、および脳波 (EEG) として機能できることが示されました。それぞれ心臓、筋肉、脳の活動。

「グラフェン電子タトゥーは、モバイルヘルスケア、支援技術、ヒューマンマシンインターフェースの潜在的な用途として最も有望です」とカビリ・アメリ氏は述べた。 「ヒューマン・マシン・インターフェースの分野では、脳や筋肉から記録された電気生理学的信号を分類し、マシン内の特定の動作に割り当てることができます。この研究分野は、モノのインターネット、スマートハウスや都市、ヒューマン・コンピューターの相互作用などに応用できる可能性があります」 「スマート車椅子、音声支援技術、わき見運転の監視、および人間とロボットの制御です。最近、私たちは人間の信号を感知して飛行物体を無線で制御するためのグラフェンタトゥーの応用を実証しました。その実証は近い将来報告されるでしょう。」

詳しくは：シデ・カビリ・アメリ 他 「グラフェン電子タトゥーセンサー」。 ACSナノ。 DOI: 10.1021/acsnano.7b02182

雑誌情報:ACSナノ

© 2017 Phys.org