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Jul 02, 2023

I tatuaggi elettronici al grafene possono essere applicati sulla pelle con acqua

August 7, 2017 feature by

Caratteristica del 7 agosto 2017

di Lisa Zyga, Phys.org

I ricercatori hanno progettato un tatuaggio a base di grafene che può essere laminato direttamente sulla pelle con acqua, simile a un tatuaggio temporaneo. Ma invece di presentare disegni artistici o colorati, il nuovo tatuaggio è quasi trasparente. La sua principale attrazione è che le proprietà elettroniche uniche del grafene consentono al tatuaggio di funzionare come un dispositivo elettronico indossabile, con potenziali applicazioni tra cui usi biometrici (come la misurazione dell'attività elettrica del cuore, del cervello e dei muscoli), nonché interazioni uomo-macchina. .

I ricercatori, guidati da Deji Akinwande e Nanshu Lu dell’Università del Texas ad Austin, hanno pubblicato un articolo sul nuovo tatuaggio elettronico al grafene in un recente numero di ACS Nano.

In un certo senso, il tatuaggio elettronico al grafene è simile ai dispositivi elettronici disponibili in commercio per il monitoraggio della salute e del fitness: entrambi i tipi di dispositivi sono in grado di monitorare la frequenza cardiaca e la bioimpedenza (una misura della risposta del corpo a una corrente elettrica). Ma poiché i tatuaggi ultrasottili in grafene possono adattarsi completamente alla pelle, offrono una qualità dei dati di livello medico, in contrasto con le prestazioni inferiori dei sensori con elettrodi rigidi montati su fasce e fissati al polso o al torace. Grazie al rilevamento di alta qualità, i ricercatori si aspettano che i tatuaggi al grafene possano offrire promettenti sostituti dei sensori medici esistenti, che in genere sono fissati sulla pelle e richiedono gel o pasta per consentire agli elettrodi di funzionare.

"Il tatuaggio al grafene è un sensore fisiologico secco che, a causa della sua sottigliezza, forma un contatto ultra-conforme con la pelle, con conseguente maggiore fedeltà del segnale", ha detto a Phys.org il coautore Shideh Kabiri Ameri dell'Università del Texas ad Austin. "La conformabilità si traduce in una minore suscettibilità agli artefatti da movimento, che è uno dei maggiori svantaggi dei sensori e degli elettrodi a secco convenzionali per le misurazioni fisiologiche."

I nuovi tatuaggi sono realizzati in grafene rivestito con uno strato posteriore ultrasottile di polipolimero trasparente (metilmetacrilato) (PMMA). Durante la fabbricazione, il doppio strato di grafene/PMMA viene trasferito su un pezzo di normale carta per tatuaggi, e il doppio strato viene poi scolpito in diversi modelli di nastri serpentini per realizzare diversi tipi di sensori. Il tatuaggio finito viene quindi trasferito su qualsiasi parte del corpo portando il lato in grafene a contatto con la pelle e applicando acqua sul retro della carta da tatuaggio per rilasciare il tatuaggio. I tatuaggi mantengono la loro piena funzione per circa due giorni o più, ma se lo si desidera possono essere rimossi con un pezzo di nastro adesivo.

Poiché i ricercatori hanno precedentemente dimostrato che, in teoria, un tatuaggio al grafene deve avere uno spessore inferiore a 510 nm per conformarsi completamente alla pelle umana e mostrare prestazioni ottimali, il tatuaggio che hanno fabbricato qui ha uno spessore di soli 460 nm. Combinato con una trasparenza ottica del doppio strato di grafene/PMMA di circa l’85% e il fatto che i tatuaggi sono più elastici della pelle umana, i tatuaggi di grafene risultanti sono appena percettibili, sia meccanicamente che otticamente.

I test hanno dimostrato che i tatuaggi elettronici al grafene possono essere utilizzati con successo per misurare una varietà di segnali elettrofisiologici, tra cui la temperatura e l’idratazione della pelle, e possono funzionare come un elettrocardiogramma (ECG), un elettromiogramma (EMG) e un elettroencefalogramma (EEG) per misurare la frequenza elettrica. attività rispettivamente del cuore, dei muscoli e del cervello.

"I tatuaggi elettronici in grafene sono molto promettenti per potenziali applicazioni nell'assistenza sanitaria mobile, nelle tecnologie assistite e nelle interfacce uomo-macchina", ha affermato Kabiri Ameri. "Nell'area delle interfacce uomo-macchina, i segnali elettrofisiologici registrati dal cervello e dai muscoli possono essere classificati e assegnati per un'azione specifica in una macchina. Quest'area di ricerca può avere applicazioni per l'internet delle cose, case e città intelligenti, interazione uomo-computer , sedie a rotelle intelligenti, tecnologia di assistenza vocale, monitoraggio della guida distratta e controllo di robot umani. Recentemente abbiamo dimostrato l'applicazione di tatuaggi al grafene per rilevare segnali umani per controllare in modalità wireless oggetti volanti. Questa dimostrazione verrà riportata nel prossimo futuro."