科技日報記者 張佳欣
據發表在最新一期《設備》雜志上的論文,美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校研究人員展示了一種自制的、 能讀取大腦、心臟、肌肉和眼部活動信號的“橡皮泥”。這種“橡皮泥”是一種“柔性電路”材料,具備導電性能,有望帶來經濟高效的柔性生物識別傳感器。
這種導電的柔性電路是由面粉、水、鹽、發酵粉和植物油制成的,鹽是其具有導電性的關鍵。
研究人員使用這種柔性電路作為接口,測量電力或人體生物電勢。結果發現,與市面上的凝膠電極相比,這些柔性電路能有效捕捉了各種電生理測量值,如用于記錄大腦活動的腦電圖(EEG)、記錄心臟跳動的心電圖(ECG)、用于跟蹤眼球運動的眼電圖(EOG)以及用于記錄肌肉收縮的肌電圖(EMG)。
論文資深作者、生物醫學工程助理教授德米特里·基列夫解釋說,就測量質量而言,判斷一種電極材料是否優于另一種指標是阻抗。電極與組織之間的阻抗越低,兩者之間的導電性就越好,測量生物電勢的能力也就越強。
研究發現,柔性電路電極的阻抗與市售凝膠電極相當,并且比另一種對比電極性能好兩倍。
基列夫介紹了這種材料的幾大優勢。首先是成本,如果用預制黏土,每個電極的成本僅為1美分左右,而普通電極的平均成本在0.25—1美元之間。
此外,這種材料還有彈性,可以多次成型,重復使用,貼合皮膚輪廓,還可以添加更多黏土使其變大,斷裂了可以輕松再連接。其他類似的最先進的可穿戴生物電子產品由碳納米管、石墨烯、銀納米線和有機聚合物制成。雖然這些材料導電性高,但價格昂貴,難以處理或制造,多為一次性使用且易碎。
而且,這些材料還可作為一種兒童玩具,通過連接電源為藝術品添加燈光,以此方式教授孩子們電路知識。如果有需要,在家中或實驗室里就能制作這種材料。
總編輯圈點:
面粉、水、鹽、發酵粉、植物油……看到這些“食材”,你可能會聯想到某種美食。令人意外的是,科研人員竟然將它們制作成可用于生物識別傳感器的柔性電路,真是腦洞大開!通常來說,柔性電子產品以可彎曲、折疊或拉伸的金屬、高分子聚合物等為材料,能夠很好地貼附在人體皮膚上。上述研究成果圍繞柔性電子材料進行大膽創新,為柔性電子技術的發展帶來新思路。