第一作者：Dmitry Kireev
通讯作者：Dmitry Kireev
通讯单位：德克萨斯大学奥斯汀分校
移动医疗
现代医疗保健和生物医学系统显示出向个性化、预测性和预防性医学等方向发展的明显趋势。移动医疗（mHealth）这一概念的发展意味着，由于医疗设备的便携性提高以及智能手机应用程序的增加，医疗设备体系结构有望发生范式转变。该领域最重要的问题之一是功能元件和材料的选择。
理想的生物医学可穿戴设备
理想的生物医学可穿戴设备应具有以下一组基本要求：
（i）该设备必须在机械上与皮肤紧密贴合。
（ii）该设备必须是生物相容的。
（iii）该技术必须是多功能的，即允许一次测量各种参数。
（iv）制造流程必须是可大规模化的，并且适用于低成本技术。
当涉及可应用于皮肤进行生理测量的护理点可穿戴生物医学贴片的开发时，后两个标准尤其重要。
基于石墨烯的可穿戴器件
当相同的原子排列在一个平面上时，即严格地限制在一个原子厚的构象中，材料开始表现出新颖的特性。特别是石墨烯，具有开发下一代可穿戴和柔软生物传感器的巨大潜力。最近已经开发了几种基于石墨烯的器件，例如石墨烯场效应晶体管、基于石墨烯的微电极和石墨烯电子纹身（GETs）。它们可用于多种医疗保健应用，例如细胞电生理学，生物传感和环境监测。然而，石墨烯的最重要特征是其固有的柔韧性、透明性和柔软性。石墨烯的出色性能与其亚纳米厚度有关，可以使其在弯曲和拉伸的同时保留其许多固有特性。基于石墨烯的电子纹身是多种mHealth应用的理想候选者，包括电生理和生理数据的记录等。GET是原子厚度的，光学透明的和机械上不可察觉的。由于GETs的超薄性，它们可以完美贴合皮肤的微曲率。此外，与标准的金、银或凝胶基电极不同，石墨烯纹身在测量过程中可以使人的皮肤正常工作，而金、银或凝胶基电极不透明，会通过可见光和紫外线来阻挡皮肤的进入。
主要研究内容
目前，包括医疗保健、机器人技术和生物电子技术等许多科学技术领域，已经开始将其研究方向从开发“高端高成本”工具转向“高端低成本”解决方案。石墨烯电子纹身(GETs)由于其优异的机电性能，是未来可穿戴技术的理想构件。GETs由高质量、大规模的石墨烯组成，它被转移到纹身纸上，从而形成一种像临时纹身一样应用在皮肤上的电子设备。
有鉴于此，德克萨斯大学奥斯汀分校的Dmitry Kireev教授等深入探讨了石墨烯电子纹身的制备、表征及应用。整个制备耗时约3个小时，并且不需要训练有素的人员。
本文要点：
1）提供了一套全面且独特的GET制造方案，从石墨烯的生长策略到如何将其整合到人体皮肤。该策略利用了高质量的电子级石墨烯，而且通过低成本和现成的方法加工完成的。
2）GETs既可以与先进的科学设备结合进行精确的实验，也可以与低成本的电生理板结合，在家里进行类似的操作。该研究展示了如何得到可以应用到人体并获得各种生物电势,包括脑电图(脑电波)、心电图(心脏活动)、肌电图(肌肉活动)以及监测体温和水化等。
3）整个制备过程方便快捷，石墨烯可从商业途径获得，使得整个过程只需要约3小时，而且不需要训练有素的专业人员。除此之外，该方案可以很容易地在简易实验室中重复。
图1 GETs在电生理传感中的应用。
图2通过GETs监测皮肤温度和水合作用。
图3基于GET的眼电图原理图及其在人机界面中的应用。
研究意义
1、使用范围广泛，GETs既可以与先进的科学设备结合进行精确的实验，也可以与低成本的电生理板结合。除此之外，在家里也可以进行类似的操作。可以应用到人体并获得各种生物电势,包括脑电图(脑电波)、心电图(心脏活动)、肌电图(肌肉活动)以及监测体温和水化等。
2、与聚合物或金基体系相比，石墨烯的基设备主要优点是完全光学透明度(85%)和对皮肤的极好附着力。
3、该方法是非常简便实用的，可以使用最简单的工具制备高质量的GET。除此之外，可以满足大规模制备，便于工业化生产。
参考文献
Kireev, D., Ameri, S.K., Nederveld, A. et al. Fabrication, characterization and applications of graphene electronic tattoos. Nat Protoc (2021).
DOI: 10.1038/s41596-020-00489-8
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