【48812】香港理工大学郑子剑黄琪瑶团队《AM》：湿习惯电子皮肤

  电子皮肤能够非侵入的、长时刻的监测生物物理和生理信号，在健康、医药、和人机交互等方向展现了宽广的使用远景。但是，常用于制备电子皮肤的弹性薄膜很难习惯皮肤的微湿环境。首要惯例弹性薄膜是不透气的，阻止了皮肤的排汗。其次，惯例弹性薄膜难以黏附在湿润的皮肤外表。别的，大都电子皮肤很难在水下作业。

  近来，香港理工大学郑子剑和黄琪瑶团队提出一种湿习惯电子皮肤（WADE-skin）。该WADE-skin由贴皮肤的湿黏附纤维毡层（PAAND fibre mat）、与空气触摸的防水可拉伸纤维毡层（SBS fibre mat）和可拉伸的液态金属（EGaIn）电极层组成。这一WADE-skin一起完成了优异的拉伸性，湿黏附性，透气性，防水性以及生物相容性。WADE-skin能够在触摸几秒钟后敏捷黏附在人的皮肤上，并在湿润条件下长时刻保持高的黏附强度，而不对皮肤健康形成任何负面影响。与之比较，不透气的电子皮肤在湿润皮肤上会黏附失效，且长时刻贴肤将引起皮肤溶胀发白和皮肤发炎。这一WADE-skin的液态金属电极可根据不同传感功用按需规划。该研讨展现了WADE-skin在很多出汗和水下活动中安稳记载人体心电信号的使用。一起，该研讨还集成了可拉伸应变传感器和虚拟现实技能（VR）于WADE-skin，在实时检测生命体征的一起，完成了VR帮忙下的水下人机交互。

  图1湿习惯电子皮肤（WADE-skin）的概念规划。(a)示意图展现了WADE-skin的制备、特性和使用场景。(b)在剧烈出汗和长时刻贴附期间，WADE-skin和传统电子皮肤（E-skin）附着于人体皮肤上的状况。(c)一块WADE-skin（30厘米x 17厘米）被拉伸的相片。(d-e) 扫描电子显微镜（SEM）图画显现了WADE-skin的防水层（d）和黏附层（e）的外表形状。(f) WADE-skin 牢固地粘在人的手背。(g) WADE-skin 粘附在薄的PDMS薄膜上的横截面图画。

  图2. WADE-skin的透气性、防水性和生物相容性。(a)对照样、SBS纤维毡、WADE-skin、医用胶布、医用PU胶带和PDMS薄膜（50微米）的透湿率；刺进图为水汽透过WADE-skin。(b)WADE-skin的防水性展现；刺进图为WADE-skin的水触摸角测验。(c)在对照样、WADE-skin的防水层、液态金属层、粘附层，以及20%二甲基亚砜（DMSO）上培育3T3细胞后的荧光图画。（d)不同培育组下3T3细胞存活率。(e)不同培育组在培育1、2和3天后MTT测定中450 nm的吸光度。(f)资料的长时刻致敏性测验；该志愿者的前臂一起贴了WADE-skin、医用胶布、医用PU胶带和PDMS/医用PU胶七天。

  图3. WADE-skin的粘附功能。(a)WADE-skin在湿皮肤上的粘赞同按需脱离机理。(b)WADE-skin在不同黏附时刻时对猪皮肤的剪切粘附强度。(c)WADE-skin与各种商用生物胶粘剂的粘附功能比较。(d)WADE-skin、医用胶布和医用PU胶带在枯燥皮肤和湿润皮肤上的粘附功能比较。(e)这些胶粘剂在人工汗液处理（200 g/m²）后的粘附功能比较，以及经过蒸腾汗液康复粘附功能的才能。(f)滴水或碳酸钠（2wt%）/十二烷基苯磺酸钠（2wt%）溶液于WADE-skin的外表对其粘附强度的影响。(g)将水（蓝色）或碳酸钠/十二烷基苯磺酸钠溶液（橙色）滴在WADE-skin的外表；水积聚在WADE-skin外表，而碳酸钠/十二烷基苯磺酸钠溶液轻松穿透了WADE-skin。

  图4. WADE-skin用于心电图监测。(a)WADE-skin作为心电图电极的结构图。(b)WADE-skin粘附在PDMS基底上的截面图。(c)WADE-skin和商用凝胶电极的皮肤阻抗-频率曲线。(d)枯燥皮肤下的心电图监测。(e-f)WADE-skin和凝胶电极粘附在湿润人体皮肤上的心电图信号（e）和相片（f）。(g-h)贴附了WADE-skin和凝胶电极的志愿者进行1小时跑步的相片（g）和心电图信号（h）。(i)WADE-skin连接到无线心电设备，完成了在海水中游水时同步丈量心电信号。(j)WADE-skin进行了为期一周的心电信号检测。

  图5. WADE-skin集成液态金属应变传感器阵列完成人机交互。(a)WADE-skin作为应变传感器的示意图。(b)应变传感器阵列与人手背共形贴合的相片。(c)WADE-skin应变传感器的电阻与应变的联系。(d)在100%应变下，WADE-skin应变传感器进行5000次接连拉伸开释循环的电阻变化图。(e)WADE-skin贴合在食指关节上的传感功能。(f)WADE-skin应变传感器阵列在空气中和在水下履行不同手势的数字信号输出，上方图画为相关手势。(g)WADE-skin的机器手操控办理体系的集成。（h）WADE-skin实时水下操控机器手的展现。

  图6. 虚拟现实（VR）辅佐的人机交互。(a) WADE-skin的体系集成，包含：粘附在人手掌反面的应变传感器阵列，用于无线操控类人机器人；VR眼镜，用于即时接纳机器人视觉；心电图电极，用于监测生命体征。(b)相片展现了WADE-skin的体系。(c)一个志愿者在VR视觉下，长途操作类人机器人沿着固定道路（黄线）行走，并记载实时的均匀心跳率（HBR）。(d)操控类人机器人进行无触摸核酸查验测验。(e-f)水下操控类人机器人抓取东西（e）和移动重物（f）。

  视频1：一名志愿者贴着WADE-skin应变传感器阵列、WADE-skin心电图电极并戴着VR眼镜，长途、实时地操作类人机器人沿着黄色途径行走。

  郑子剑博士，香港理工大学使用生物及化学科技学系（ABCT）, 才智动力研讨院、智能可穿戴研讨院教授。2003年取得清华大学化学工程系工学学士学位，2007年取得剑桥大学化学系博士学位，2008-2009年在美国西北大学Mirkin教授课题组从事博士后研讨；2009年参加ITC担任助理教授并建立独立课题组，2013年破格晋升为终身副教授，2017年晋升为教授，2023年晋升为讲席教授。

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