宾夕法尼亚州立大学的科学家们开发出了一种导电墨水，可以直接涂在皮肤上，形成色彩缤纷的定制图案，干燥后变成用于生物监测的功能电极。他们在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一篇新论文中描述了他们的工作。

正如之前报道的那样，通过临时纹身附着在皮肤上的表皮电子设备（电子纹身）已经存在了十多年。这些电子纹身无需粘合剂即可连接到皮肤，几乎不可察觉，通常通过临时纹身附着，允许使用带有嵌入式电路元件的超薄聚合物进行电测量（以及其他测量，如温度和应变）。然而，它们在弯曲和/或多毛的表面上效果不佳，并且需要个性化的电极放置设计来覆盖更大的区域，因为生物信号是空间分布的。因此，科学家们一直在发挥创意。例如，在2024年，研究人员开发了特殊的聚合物基导电墨水，可以打印到人的头皮上测量脑电波，即使他们有头发。

宾州州立大学机械工程师、新PNAS论文的合著者Larry Cheng，十多年来一直致力于生物监测应用的电极设计，包括脑电图、心电图和肌电图。使用金属等刚性材料可以制造稳定的生物监测器，但当佩戴者移动过多（例如运动时）时，它很容易脱落。水凝胶近年来作为替代材料出现，因为它们可以吸收水分、膨胀并在运动时随身体皮肤拉伸。但水凝胶降解得相当快，并且随着长时间使用而失去这些优势。汗水或头发也会降低记录生物信号的准确性，因为商业电极是预制的，然后应用于皮肤，产生削弱传感器读数的气隙。

Cheng等人决定开发他们的导电墨水来解决这个问题。他们将几种不同的聚合物和酸性添加剂混合在水基乙醇/聚乙烯醇溶液中。PEDOT:PSS——即聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）——提供了导电性，以及DBSA（4-十二烷基苯磺酸），它也作为增塑剂赋予墨水柔韧性。该团队仁慈地将他们的新导电墨水的缩写名称缩短为WE-PPD。“这种墨水本身几乎就像面部涂料，”Cheng说。“它开始时几乎是透明的，但你可以使用食用色素将墨水着色成你需要的任何颜色，以绘制你想要的任何设计——比如卡通或超人。这使我们能够完全根据个人喜好定制可穿戴设备。”由于墨水填充了皮肤的轮廓，所得电极具有非常高的皮肤连接性，因此信号记录更好。它还可以结合到多孔银纹理中，并与刚性设备集成。

涂绘的传感器在实验室中对人类受试者进行了测试，以监测在跑步机上跑步和举重时的心脏活动；手势识别以控制假肢机器人手；以及通过头发监测的脑活动（脑电图），作为合著者进行日常活动。根据作者的说法，涂绘的电极在失效前可以拉伸高达170%，具有比标准医用级薄膜高得多的水蒸气渗透性，并且在长时间使用中不会引起皮肤刺激。“尽管我们在12小时内测试了日常使用应用，但这并不是这些电极的极限，”Cheng说。“电极本身可以洗掉并轻松重新涂抹。其背后的主要想法是，在未来，你可能拥有一个更昂贵的传感模块，它与系统分离，但电极本身可以是一次性的。一瓶墨水可以提供足够的材料来涂绘多个电极。”