能读取人体电信号的“橡皮泥”，有望开辟柔性生物传感器的新领域
2024-09-20 22:11:07   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，近期，美国马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的研究人员发表了一项新的研究，展示了一种自制的“橡皮泥（play putty）”——黏土电路（Squishy circuits）在读取大脑、心脏、肌肉和眼球活动信号方面的有效性。相关研究成果以“Squishy bioelectronic circuits”为题发表在Device期刊上。

可用作人体皮肤可穿戴电极的黏土电路

这项研究的主要作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校生物医学工程助理教授Dmitry Kireev表示：“‘黏土电路’从字面意思来看就是具有导电性的儿童玩具——橡皮泥。”

“无论是自制还是从商店购买的黏土电路，其成分都是由面粉、水、盐、塔塔粉和植物油构成，盐使其具有导电性。”Dmitry Kireev解释道。

作为一种儿童玩具，黏土电路可以巧妙地连接电源点亮小灯，让孩子们在动手创作中轻松掌握电路原理。而现在，Dmitry Kireev及其团队证明了这种材料还具有更大的应用潜力。

Dmitry Kireev说：“我们使用黏土电路作为生物界面电极材料，可以实现人体电流或生物电信号的测量。”

研究发现，与市面上常见的凝胶电极相比，这种黏土电路能有效捕捉各种电生理信号测量数据，包括：脑电图（EEG）用于大脑活动，心电图（ECG）用于心脏记录，眼电图（EOG）用于追踪眼球运动，以及肌电图（EMG）用于肌肉收缩。

黏土电路用于人体电生理信号测量

Dmitry Kireev解释道：“决定电极材料测量性能优劣的关键因素之一是阻抗。阻抗衡量了两种材料之间导电质量的好坏。”

“电极与皮肤组织之间的阻抗越低，导电性就越好，测量生物电信号的能力也就越强。”Dmitry Kireev补充道。

黏土电路用于人类皮肤和猪皮肤的阻抗测量

研究发现，黏土电路的阻抗与市售的某款较为先进的凝胶电极性能相当，比另一款电极的性能好两倍。

黏土电路的电化学阻抗特性

Dmitry Kireev强调了黏土电路材料的几个优点。首先是成本：即使使用预制材料，每个电极的成本也仅约1美分。相比之下，普通电极的平均成本约为0.25 ~ 1美元。

此外，黏土电路还具有很强的耐用性：它可以被反复塑性，可以根据皮肤的轮廓进行调整，可以通过添加更多粘土增大体积，以及重复使用，甚至在电极脱落后也能轻松重新连接。而其它类似的最先进的可穿戴生物电子器件通常由碳纳米管、石墨烯、银纳米线和有机聚合物制成，这些材料虽然具有高导电性，但往往价格昂贵、难以处理或制造，且多为一次性使用或易碎。

Dmitry Kireev还强调了黏土电路的可用性：“如果需要的话，你可以在家里或高中实验室里制作这些材料。这使得基于黏土电路的应用能够更广泛普及。”

黏土电路用于可穿戴设备的优异性能

这项研究证明了黏土电路可以用作实用且高效的可穿戴电路和生物电子电极，未来有望为柔性生物传感器领域开辟新的可能性。

论文信息：DOI: 10.1016/j.device.2024.100553

延伸阅读：

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》