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Jul 02, 2023

Elektronische Graphen-Tattoos können mit Wasser auf die Haut aufgetragen werden

7. August 2017 Feature von

Feature vom 7. August 2017

von Lisa Zyga, Phys.org

Forscher haben ein Tattoo auf Graphenbasis entwickelt, das mit Wasser direkt auf die Haut laminiert werden kann, ähnlich einem temporären Tattoo. Doch statt künstlerischer oder farbenfroher Designs ist das neue Tattoo nahezu transparent. Seine Hauptattraktion besteht darin, dass die einzigartigen elektronischen Eigenschaften von Graphen es dem Tattoo ermöglichen, als tragbares elektronisches Gerät zu fungieren, mit potenziellen Anwendungen einschließlich biometrischer Anwendungen (z. B. Messung der elektrischen Aktivität von Herz, Gehirn und Muskeln) sowie Mensch-Maschine-Interaktionen .

Die Forscher unter der Leitung von Deji Akinwande und Nanshu Lu von der University of Texas in Austin haben in einer aktuellen Ausgabe von ACS Nano einen Artikel über das neue elektronische Graphen-Tattoo veröffentlicht.

In mancher Hinsicht ähnelt das elektronische Graphen-Tattoo kommerziell erhältlichen elektronischen Geräten zur Gesundheits- und Fitnessüberwachung: Beide Arten von Geräten sind in der Lage, die Herzfrequenz und die Bioimpedanz (ein Maß für die Reaktion des Körpers auf elektrischen Strom) zu überwachen. Da sich die ultradünnen Graphen-Tattoos jedoch vollständig an die Haut anpassen können, bieten sie eine Datenqualität in medizinischer Qualität, im Gegensatz zur geringeren Leistung der starren Elektrodensensoren, die an Bändern montiert und am Handgelenk oder an der Brust befestigt werden. Aufgrund der hochwertigen Sensorik gehen die Forscher davon aus, dass die Graphen-Tattoos einen vielversprechenden Ersatz für bestehende medizinische Sensoren darstellen könnten, die typischerweise auf die Haut geklebt werden und Gel oder Paste benötigen, damit die Elektroden funktionieren.

„Das Graphen-Tattoo ist ein trockener physiologischer Sensor, der aufgrund seiner Dünnheit einen ultrakonformen Kontakt mit der Haut herstellt, was zu einer erhöhten Signaltreue führt“, sagte Co-Autor Shideh Kabiri Ameri von der University of Texas in Austin gegenüber Phys.org. „Anpassbarkeit führt zu einer geringeren Anfälligkeit für Bewegungsartefakte, was einen der größten Nachteile herkömmlicher Trockensensoren und Elektroden für physiologische Messungen darstellt.“

Die neuen Tattoos bestehen aus Graphen, das mit einer ultradünnen Trägerschicht aus transparentem Polymer Poly(methylmethacrylat) (PMMA) beschichtet ist. Bei der Herstellung wird die Graphen/PMMA-Doppelschicht auf ein Stück gewöhnliches Tätowierpapier übertragen und die Doppelschicht wird dann in verschiedene Muster aus schlangenförmigen Bändern geschnitzt, um verschiedene Arten von Sensoren herzustellen. Das fertige Tattoo wird dann auf einen beliebigen Körperteil übertragen, indem die Graphenseite mit der Haut in Kontakt gebracht und Wasser auf die Rückseite des Tattoopapiers aufgetragen wird, um das Tattoo zu lösen. Die Tattoos behalten ihre volle Funktion etwa zwei Tage oder länger, können aber auf Wunsch mit einem Stück Klebeband abgezogen werden.

Da die Forscher zuvor gezeigt hatten, dass ein Graphen-Tattoo theoretisch weniger als 510 nm dick sein muss, um sich vollständig an die menschliche Haut anzupassen und eine optimale Leistung zu erbringen, ist das hier hergestellte Tattoo nur 460 nm dick. In Kombination mit der optischen Transparenz der Graphen/PMMA-Doppelschicht von etwa 85 % und der Tatsache, dass die Tätowierungen dehnbarer als menschliche Haut sind, sind die resultierenden Graphen-Tätowierungen sowohl mechanisch als auch optisch kaum wahrnehmbar.

Tests zeigten, dass die elektronischen Graphen-Tattoos erfolgreich zur Messung einer Vielzahl elektrophysiologischer Signale, einschließlich Hauttemperatur und Hautfeuchtigkeit, eingesetzt werden können und als Elektrokardiogramm (EKG), Elektromyogramm (EMG) und Elektroenzephalogramm (EEG) zur Messung der elektrischen Spannung fungieren können Aktivität des Herzens, der Muskeln bzw. des Gehirns.

„Elektronische Graphen-Tätowierungen sind für potenzielle Anwendungen in der mobilen Gesundheitsversorgung, assistierten Technologien und Mensch-Maschine-Schnittstellen am vielversprechendsten“, sagte Kabiri Ameri. „Im Bereich der Mensch-Maschine-Schnittstellen können elektrophysiologische Signale, die vom Gehirn und den Muskeln aufgezeichnet werden, klassifiziert und einer bestimmten Aktion in einer Maschine zugeordnet werden. Dieser Forschungsbereich kann Anwendungen für das Internet der Dinge, intelligente Häuser und Städte sowie die Interaktion zwischen Mensch und Computer haben.“ , intelligente Rollstühle, Sprachassistenztechnologie, Überwachung von abgelenktem Fahren und Mensch-Roboter-Steuerung. Kürzlich haben wir die Anwendung von Graphen-Tattoos zur Erfassung menschlicher Signale zur drahtlosen Steuerung von Flugobjekten demonstriert. Über diese Demonstration wird in naher Zukunft berichtet.“

Mehr Informationen: Shideh Kabiri Ameri et al. „Elektronische Graphen-Tätowierungssensoren.“ ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.7b02182

Zeitschrifteninformationen:ACS Nano

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