6、用于即时个人健康监测和人机界面的石墨烯电子纹身传感器

用于即时个人健康监测和人机界面的石墨烯电子纹身传感器

1. 引言

可靠的可穿戴传感器在临床外环境、移动医疗、健身追踪、物联网和人机界面（HMI）等领域具有广阔的应用前景。然而，现有的大多数医疗传感器体积庞大、质地坚硬且成本高昂，不适合这些应用场景。例如，医疗级的电生理传感，如脑电图（EEG）和心电图（ECG），通常使用庞大的数据采集系统，通过导线连接到Ag/AgCl电极，电极借助导电湿凝胶与皮肤接触。这种系统固定不便移动，且由于湿凝胶会随时间变干，信号质量会逐渐下降，因此不适合长期监测。

近年来，电子领域的进步使得小型化可穿戴电子产品和传感器成为现实，如苹果手表和Fitbit设备。但这些可穿戴设备的佩戴体验有限，其硬件与柔软且有弹性的皮肤之间存在明显的机械不匹配问题。这导致它们的功能受限，传感质量也无法达到医疗应用的标准。

电子纹身（e - tattoos）是一类新型的皮肤可穿戴设备，其柔软度和拉伸性与人体组织相近，能够实现更高质量的传感。电子纹身已被应用于记录电生理信号、血氧测量、皮肤温度和水分含量检测，以及汗液中生物标志物的传感等方面。与非贴合皮肤的传感器相比，电子纹身与微观粗糙的皮肤具有良好的贴合性，这使得传感器与皮肤的物理接触面积增大，从而降低了传感器 - 皮肤界面的阻抗，提高了信噪比（SNR）。此外，贴合性还能减少运动伪影，而运动伪影正是传统干式传感器的主要问题。

目前，电子纹身的制造材料主要是脆性金属和传统半导体薄膜，厚度为几百纳米，需要较厚的聚合物基底来确保传感器和电子元件的整体机械柔韧性和稳定运行。这在降低电子纹身整体厚度方面存在根本限制，基于传统材料的电子纹身无法完全贴合皮肤。而且，这些电子设备和传感器不具有光学透明度，在日常活动中，像脸部等