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表皮電子學(xué)領(lǐng)域的積極研究催生了一類重要的可穿戴傳感器，旨在提供充滿舒適和強大用戶體驗的即時診斷。表皮電子設(shè)備提供了一個非常寬廣的平臺，可以利用人體最大的器官皮膚對自身的重要健康參數(shù)進行無創(chuàng)監(jiān)測。傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備體積龐大、堅固且不實用，無法在日常生活中對人體重要器官進行持續(xù)監(jiān)測。人體柔軟的曲線形狀需要類似皮膚的傳感器，這種傳感器可以通過簡單的傳遞過程紋在身上。這些紋身傳感器的不顯著性和非剛性不影響用戶的日?；顒?，因此能夠連續(xù)監(jiān)測脈搏率、呼吸率、紫外線照射、皮膚水化水平、葡萄糖監(jiān)測等生命體征。2D材料使類似紋身的超薄傳感器的開發(fā)取得了新進展，預(yù)示著未來將會有一種先進的多功能傳感器取代目前僵硬的健康監(jiān)測設(shè)備。

? ?近期，Indian Institute of Science?的Saurabh Kumar和Konandur Rajanna教授在國際知名學(xué)術(shù)期刊ACS Sensors上發(fā)表一篇題目為：Laser-Induced Direct Patterning of Free-standing Ti3C2?MXene Films for Skin Conformal Tattoo Sensors的研究論文，在這項工作中，報道了自支撐的Ti3C2?- MXene薄膜的激光繪圖作為一種制造皮膚適形紋身傳感器的新方法。自支撐的MXene膜的脆性要求圖案化方法必須是非接觸式的，因此不能持續(xù)進行機械切割。為了達到這個目的，本文對脈沖光纖激光器進行了特殊設(shè)計，當它暴露在MXene薄膜上時，就會相應(yīng)地切割。MXene薄膜的厚度控制著激光在薄膜上切割圖案所需的功率。除了精確和超快之外，激光還可以根據(jù)不同的應(yīng)用賦予Ti3C2?MXene薄膜任何形狀和大小。該方法省時、成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。與印刷和沖壓技術(shù)相比，這種技術(shù)在更大的規(guī)模下確保了更高的設(shè)計精度。然后將這些獨立式應(yīng)變儀封裝在薄的PDMS層之間，除了使設(shè)備皮膚貼合（約20 微米厚）外，還提供了生物相容性包裝。該傳感器的工作原理是納米裂縫的產(chǎn)生和傳播，與之前報道的應(yīng)變傳感機制相比，它具有更高的靈敏度。

圖1.基于Ti3C2MXene的皮膚適形紋身傳感器的制作工藝。

圖2.?MXene的材料表征。

圖3.?紋身傳感器的應(yīng)變傳感性能。

圖4.不同應(yīng)變狀態(tài)下的MXene薄膜的SEM圖像。

圖5.制作的傳感器的照片和橈動脈脈搏監(jiān)測。

圖6.紋身傳感器附著在身體各個部位的性能。?

? ? 激光繪制Ti3C2?MXene薄膜為制備任何形狀和大小的可穿戴式紋身應(yīng)變傳感器提供了一個真正的一步式方案。PDMS封裝的生物相容性傳感器由于其超薄的結(jié)構(gòu)和巨大的靈活性，表現(xiàn)出較高的皮膚整合性。除了探測脈搏和呼吸率外，還進行了多種人體運動動作，以成功地測量傳感器對細微肌肉運動的敏感性。SEM圖像被用來推導(dǎo)應(yīng)變傳感機制，因為當施加拉伸應(yīng)變時，它們可以直觀地顯示Ti3C2MXene膜中納米裂紋的傳播。在目前報道的所有Ti3C2-MXene傳感器中，該傳感器的測量因子(約為7400)的記錄值最高。穩(wěn)定性測試表明，傳感器中的Ti3C2?MXene膜盡管有固有的快速氧化趨勢，但由于PDMS封裝，只發(fā)生了輕微的氧化。因此，它有潛力被用作一次性使用的傳感器。加速壽命周期測試表明，該器件最初的電阻急劇上升，在隨后的周期中保持穩(wěn)定。未來的工作將探索一種更堅固的包裝材料，使獨立的MXene薄膜氧化的可能性最小。除了包裝之外，傳感器的后續(xù)工作也可以通過其廣泛的應(yīng)用范圍來定義，這可能需要無線數(shù)據(jù)通信能力來允許持續(xù)的健康監(jiān)測，同時實現(xiàn)無縫可穿戴的用戶體驗。

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