Forskare vid Pennsylvania State University har utvecklat ett ledande bläck som kan målas direkt på huden i färgglada, anpassade mönster och efter torkning förvandlas till en funktionell elektrod för biomonitorering. De beskrev sitt arbete i en ny artikel publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).\n\nSom tidigare rapporterats har epidermala elektroniker som fästs på huden via temporära tatueringar (e-tatueringar) funnits i över ett decennium. Dessa e-tatueringar ansluter till huden utan lim, är praktiskt taget omärkliga och fästs vanligtvis via temporär tatuering, vilket möjliggör elektriska mätningar (och andra mätningar, såsom temperatur och töjning) med ultratunna polymerer med inbäddade kretselement. De fungerar dock inte bra på böjda och/eller håriga ytor, och de kräver personlig elektrodplacering för att täcka större områden, eftersom biosignaler är rumsligt fördelade. Så forskare har blivit kreativa. Till exempel utvecklade forskare 2024 speciella polymerbaserade ledande bläck som kan skrivas ut på en persons hårbotten för att mäta hjärnvågor, även om de har hår.\n\nPenn State-maskiningenjören Larry Cheng, medförfattare till den nya PNAS-artikeln, har arbetat med elektroddesign för biomonitorering i över tio år, inklusive EEG, EKG och EMG. Att använda styva material som metaller ger en stabil biomonitor, men den lossnar lätt när bäraren rör sig för mycket, till exempel under träning. Hydrogeler har dykt upp de senaste åren som alternativa material, eftersom de kan absorbera vatten, svälla och töjas med kroppens hud under rörelse. Men hydrogeler bryts ned ganska snabbt och förlorar dessa fördelar vid långvarig användning. Svett eller hår kan också minska noggrannheten vid inspelning av biosignaler, eftersom kommersiella elektroder är prefabricerade och sedan appliceras på huden, vilket skapar en luftspalt som försvagar sensoravläsningarna.\n\nCheng et al. bestämde sig för att utveckla sitt ledande bläck för att åtgärda detta problem. De blandade flera olika typer av polymerer och sura tillsatser i en vattenbaserad etanol/polyvinylalkohollösning. PEDOT:PSS - aka poly(3,4-etylendioxitiofen):poly(styrensulfonat) - gav elektrisk ledningsförmåga, tillsammans med DBSA (4-dodecylbensensulfonsyra), som också fungerade som mjukgörare för att ge bläcket flexibilitet. Teamet förkortade barmhärtigt det förkortade namnet på sitt nya ledande bläck till WE-PPD. "Bläcket i sig beter sig nästan som ansiktsfärg," sa Cheng. "Det börjar nästan genomskinligt, men du kan använda livsmedelsfärg för att pigmentera bläcket i vilka färger du behöver för att måla vilken design du har i åtanke - som en tecknad serie eller Stålmannen. Detta gör att vi helt kan anpassa den bärbara enheten efter en persons preferenser." Eftersom bläcket fyller hudens konturer har den resulterande elektroden mycket hög hudanslutning, och därmed bättre signalinspelning. Den kan också inkorporeras i en porös silvertextur och integreras med styva enheter.\n\nDe målade sensorerna testades i labbet på mänskliga försökspersoner för att övervaka hjärtaktivitet medan de sprang på löpband och lyfte vikter; gestigenkänning för att styra en protetisk robothand; och hjärnaktivitet (EEG), övervakad genom hår, medan en medförfattare utförde sina dagliga aktiviteter. De målade elektroderna kunde töjas upp till 170 procent innan de gick sönder, enligt författarna, hade mycket högre vattenångpermeabilitet än standard medicinska filmer och orsakade ingen hudirritation vid långvarig användning. "Även om vi testade den dagliga användningen under en 12-timmarsperiod är detta inte gränsen för dessa elektroder," sa Cheng. "Elektroderna själva kan tvättas bort och enkelt appliceras igen. Den stora idén bakom detta är att du i framtiden potentiellt skulle kunna ha en dyrare sensormodul som förblir separat från systemet, men elektroderna själva kan vara engångsartiklar. En enda flaska bläck skulle kunna ge tillräckligt med material för att måla flera elektroder.