作者:Zheng Yan 来源:PNAS 发布时间:2020/7/22 9:15:52
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铅笔画变身皮肤电子传感器

 

纸上弯弯曲曲的铅笔线可以制成廉价的电极,用来检测心率或皮肤温度。图片来源:Yadong Xu

画在纸上的铅笔素描可以被用作传感器,检测各种生理信号,包括心率、皮肤温度和汗液中的化合物。

美国密苏里大学的Zheng Yan及其同事已经开发出由纸上的铅笔印迹制成的电极——当这些电极被画到皮肤上时,它可以接收人体的电信号。相关研究成果近日发表于美国《国家科学院院刊》。

研究人员认为,这可能是一种更便宜的替代其他皮肤电极(如铜或硅)的材料。

该团队通过在普通办公复印纸上绘制网格状几何草图来制造电极。然后,他们在纸上喷上黏合剂,使其能够粘在人的皮肤上。随后他们用一根导电电缆将纸笔电极连接到外部数据记录硬件上。

铅笔在纸上形成的石墨线是导电的,可以传递人体皮肤表面的电信号。例如,心电图(ECG)使用固定在皮肤上的电极记录心脏的电活动。

研究人员利用他们的电极成功记录了ECG信号、心率和呼吸频率。他们说,其结果在质量上与传统方法相当。

这些设备还可以检测皮肤温度。“当铅笔电极的温度升高时,电阻就会降低。”Yan说。

Yan说,这些电极是用蛇形图案绘制的,这样即使在拉伸或弯曲的情况下,它们也能保持其导电性能。“这种情况下的电阻是由这些导电轨迹的长度和横截面积决定的。”他说。

当用某些化学物质处理后,这些电极还可以用来检测汗液中的pH值水平和化合物,如尿酸和葡萄糖。

另一种不同的设计还能够从潮湿的空气中获取电能,在超过两小时的时间里维持高达480毫伏的电压。

Yan说,下一步,该团队计划开发具有无线功能的纸笔电极。(来源:中国科学报 韩天琪)

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.2008422117

 
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