Носимые биоэлектронные устройства, которые прилипают к коже и измеряют такие параметры, как температура, сердечный ритм и другие жизненно важные функции, обычно представляют собой сложные устройства, которые используют современные материалы для своего дела. Они, как правило, сложны в производстве, дороги и хрупки, поэтому до сих пор не получили широкого распространения.

Невероятно, но исследователи из Университета Миссури теперь придумали способ использовать только графитовые карандаши и офисную бумагу для создания высокофункциональных биоэлектронных устройств. Они сообщают о своих выводах в Proceedings of the National Academy of Sciences . Чтобы показать все, что возможно, команда разработала кожные устройства, которые могут измерять температуру тела, воспринимать сигналы электрокардиографии (ЭКГ) и оценивать пот на предмет pH, мочевой кислоты и глюкозы. Они также создали устройство для трансдермальной доставки лекарств, которое можно носить на коже для продолжительной терапии, и электрический комбайн, который использует влажность для выработки энергии, которая может быть полезна для питания носимой на коже электроники.

Команда из Миссури обнаружила, что карандаши с высоким содержанием графита (более 90%) проводят электричество, достаточное для обычных биомедицинских приложений. Различные узоры, нарисованные на обычной офисной бумаге, действуют как датчики, а более сложные устройства, такие как сборщик энергии, представляют собой просто многослойные листы бумаги и графитовые чернила. Как сообщается, этот подход настолько прост в использовании, что пациенты сами смогут рисовать датчики на бумаге и применять их, не выходя из дома.

«Например, если у человека проблемы со сном, мы могли бы нарисовать биомедицинское устройство, которое поможет контролировать уровень сна этого человека», — сказал Чжэн Янь, автор исследования. «Или в классе учитель мог бы привлечь учеников, включив создание носимого устройства с использованием карандашей и бумаги в план урока. Кроме того, этот недорогой, легко настраиваемый подход может позволить ученым проводить исследования дома, например, во время пандемии ».

Эта технология имеет множество преимуществ, таких как низкая цена, фантастическая доступность, низкое воздействие на окружающую среду.

Команда из Миссури обещает продолжить расширение своей методологии для создания других устройств для мониторинга тела и расширить свой подход для других целей.

Из реферата исследования в Proceedings of the National Academy of Sciences :

Включенные устройства могут в реальном времени, непрерывно и с высокой точностью контролировать ряд жизненно важных биофизических и биохимических сигналов от человеческого тела, включая температура кожи, электрокардиограммы, электромиограммы, альфа, бета и тета-ритмы, мгновенная частота сердечных сокращений, частота дыхания и pH пота, мочевая кислота и глюкоза, а также выполнение запрограммированных тепловых стимуляций. Примечательно, что качество записанных сигналов сопоставимо с характеристиками, измеренными традиционными методами. Кроме того, сборщики энергии влажности изготавливаются путем создания градиентного распределения кислородсодержащих групп на офисной бумаге между нарисованными карандашом электродами. Одно моноблочное устройство (0,87 см 2) может генерировать постоянное напряжение до 480 мВ в течение более 2 часов из-за влажности окружающей среды. Кроме того, исследуются антенны на основе карандаша и бумаги, двумерные (2D) и трехмерные (3D) схемы со светодиодами (LED) и батареями, реконфигурируемая сборка и биоразлагаемая электроника (на основе водорастворимой бумаги). .