Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'ndeki bilim insanları, doğrudan cilde renkli özel tasarımlar halinde sürülebilen ve kuruduktan sonra biyomonitörleme için işlevsel bir elektroda dönüşen iletken bir mürekkep geliştirdi. Çalışmalarını Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlanan yeni bir makalede anlattılar.

Daha önce bildirildiği gibi, geçici dövmeler (e-dövmeler) yoluyla cilde yapıştırılan epidermal elektronikler on yılı aşkın süredir var. Bu e-dövmeler, yapıştırıcı olmadan cilde bağlanır, neredeyse fark edilmez ve tipik olarak geçici dövme yoluyla uygulanır; böylece ultra ince polimerler ve gömülü devre elemanları kullanılarak elektriksel ölçümler (ve sıcaklık, gerinim gibi diğer ölçümler) yapılabilir. Ancak kavisli ve/veya tüylü yüzeylerde iyi çalışmazlar ve biyosinyaller uzamsal olarak dağıldığından daha geniş alanları kaplamak için kişiselleştirilmiş elektrot yerleşim tasarımı gerektirirler. Bu nedenle bilim insanları yaratıcı olmaya başladı. Örneğin, 2024'te araştırmacılar, saçlı olsa bile bir kişinin kafa derisine beyin dalgalarını ölçmek için basılabilen özel polimer bazlı iletken mürekkepler geliştirdi.

Penn State'ten makine mühendisi ve yeni PNAS makalesinin ortak yazarı Larry Cheng, EEG'ler, EKG'ler ve EMG'ler dahil olmak üzere biyomonitörleme uygulamaları için elektrot tasarımları üzerinde 10 yılı aşkın süredir çalışıyor. Metaller gibi sert malzemeler kullanmak stabil bir biyomonitör sağlar, ancak kullanıcı egzersiz sırasında olduğu gibi çok fazla hareket ettiğinde kolayca yerinden çıkar. Hidrojeller, suyu emebildikleri, şişebildikleri ve hareket sırasında vücudun cildiyle birlikte esneyebildikleri için son yıllarda alternatif malzemeler olarak ortaya çıktı. Ancak hidrojeller oldukça çabuk bozulur ve uzun süreli kullanımda bu faydaları kaybeder. Ter veya saç ayrıca biyosinyallerin kaydedilmesinin doğruluğunu azaltabilir, çünkü ticari elektrotlar önceden üretilir ve daha sonra cilde uygulanır, bu da sensör okumalarını zayıflatan bir hava boşluğu oluşturur.

Cheng ve arkadaşları bu sorunu çözmek için iletken mürekkeplerini geliştirmeye karar verdi. Su bazlı bir etanol/polivinil alkol çözeltisine birkaç farklı polimer ve asidik katkı maddesini karıştırdılar. PEDOT:PSS - yani poli(3,4-etilendioksitiyofen): poli(stiren sülfonat) - elektriksel iletkenlik sağlarken, DBSA (4-dodesilbenzensülfonik asit) aynı zamanda mürekkebe esneklik kazandıran bir plastikleştirici görevi gördü. Ekip, yeni iletken mürekkeplerinin kısaltılmış adını WE-PPD olarak kısalttı. Cheng, "Mürekkebin kendisi neredeyse yüz boyası gibi davranıyor. Neredeyse şeffaf başlıyor, ancak mürekkebi ihtiyacınız olan herhangi bir renge boyamak için gıda boyası kullanabilirsiniz - aklınızdaki herhangi bir tasarımı boyamak için, bir çizgi film veya Süpermen gibi. Bu, giyilebilir cihazı tamamen kişinin tercihine göre kişiselleştirmemize olanak tanıyor," dedi. Mürekkep cildin hatlarını doldurduğu için ortaya çıkan elektrot çok yüksek cilt bağlantısına ve dolayısıyla daha iyi sinyal kaydına sahiptir. Ayrıca gözenekli bir gümüş dokuya dahil edilebilir ve sert cihazlarla entegre edilebilir.

Boyalı sensörler laboratuvarda insan denekler üzerinde test edildi: koşu bandında koşarken ve ağırlık kaldırırken kalp aktivitesini izlemek; protez robotik eli kontrol etmek için jest tanıma; ve bir ortak yazarın günlük aktivitelerini yaparken saç arasından izlenen beyin aktivitesi (EEG). Yazarlara göre boyalı elektrotlar başarısız olmadan önce yüzde 170'e kadar esneyebildi, standart tıbbi sınıf filmlerden çok daha yüksek su buharı geçirgenliğine sahipti ve uzun süreli kullanımda cilt tahrişine neden olmadı. Cheng, "Günlük kullanımı 12 saatlik bir süre boyunca test etmiş olsak da, bu elektrotlar için sınır bu değil. Elektrotlar yıkanıp çıkarılabilir ve kolayca yeniden uygulanabilir. Buradaki büyük fikir, gelecekte sistemden ayrı kalan daha pahalı bir algılama modülüne sahip olabileceğiniz, ancak elektrotların kendilerinin tek kullanımlık olabileceğidir. Tek bir şişe mürekkep, birden fazla boyamak için yeterli malzeme sağlayabilir."