Chemical Reviews 综述: 用于功能性皮肤界面的无感知电子纹身

人类身体从头到脚不断地开释生理和生理信息。
能够无创并准确地将这些信息数字化，同时不影响用户舒适性和自由运动的可穿着电子器件有可能彻底改变远程医疗、移动医疗以及人机交互或人-元宇宙交互办法。

然而，目前广泛利用的可穿着电子产品一样平常为刚性平面构造，无法与优柔波折的皮肤表面形成共形打仗，因此在可穿着性和功能性方面受到限定。
电子纹身（E-Tattoos）作为一种无创可穿着电子器件具有超薄和优柔的特性，可以共形、舒适地贴合在人体皮肤表面，不会对正常生活造成阻碍，乃至不会被感知。
因此，电子纹身可以更加准确和稳定地监测人体生理及生理旗子暗记，更可靠地将人体信息数字化。

近日，德州大学奥斯汀分校鲁南姝教授课题组由李红变研究员领衔，在Chemical Reviews上揭橥了题为“E‑Tattoos: Toward Functional but Imperceptible Interfacing with Human Skin”的长篇综述。
该综述对电子纹身的过去、现在和未来进行了系统总结和展望。
作者首先从皮肤的构造和性子出发提出了对电子纹身设计的哀求，之后从材料选择和构造设计方面对知足皮肤无感打仗需求的电子纹身进行了先容，接着提出了目前电子纹身制备和向皮肤表面转移的方法，进一步列举了电子纹身在传感、治疗及能源网络和存储的运用，之后涵盖了无线电子纹身的集成和封装策略，末了提出了电子纹身领域目前存在的寻衅和未来的发展机遇。

目前电子纹身存在的寻衅如下：

缺少本征可拉伸的高性能导体和半导体材料。
只管用于电子纹身的可拉伸导体和半导体材料在过去已经取得了很大进展，但性子仍与块体材料存在很大差距，限定了其在实际中的运用。
与皮肤的界面。
虽然电子纹身可以与皮肤形成良好的界面打仗，但是其在透气性、毛发兼容性及可重复利用等方面仍存在诸多寻衅。
自然环境中自由运动下的数据质量。
受与外电路连接等方面限定，电子纹身在自由运动条件下检测信过程中仍可能存在运动伪迹，从而影响旗子暗记质量。
用于供应触觉反馈的电子纹身致动器。
虽然目前电子纹身已经在传感、治疗和能源领域取得了诸多进展，但是目前尚没有电子纹身致动器的宣布。
这紧张是受致动器的构造和性能所限，机器致动器须要磁铁供应足够的能量进行震撼，热制动器中超薄热电薄膜输出功率仍旧较低，这些都限定了致动器件厚度的进一步降落至超薄构造。

应对上述寻衅也为电子纹身发展供应了新的机遇，紧张概括如下：

1.规模化、低本钱或者在系统编制备电子纹身。

电子纹身的超薄特性为其重复利用带来了寻衅。
因此，发展规模化、大面积、低本钱的方法来制备电子纹身显得尤为主要。
此外，超薄特性使得预制的电子纹身向皮肤表面转移过程中随意马虎发生破坏。
发展电子纹身的在系统编制备方法，可以避免转移电子纹身的过程中可能对器件造成的破坏，同时可以与皮肤表面，乃至有毛发皮肤表面形成共形打仗，从而提高电子纹身所采集的旗子暗记质量。

2.可穿着无线超声电子纹身。

虽然目前与皮肤共形的可穿着超声器件已经取得了很大进展，但是目前的可穿着超声器件仍紧张依赖大型台式系统进行脉冲采集和传输，限定了其在实际中的运用。
整体可穿着的无线超声电子纹身可以实时、长期、稳定的采集人体旗子暗记并传输，是电子纹身的主要发展方向之一。

3.自供电电子纹身材系。

目前的电子纹身紧张依赖外接电源或者移动的电源设备，限定了电子纹身材系的整体舒适性。
因此，发展高性能的电子纹身能源器件以及开拓自供电的电子纹身材系，是电子纹身实现实际运用的主要方面。

4.多模态和多位点领悟，身体区域网络。

电子纹身适用于不同部位，可以多模态、多位点采集身体旗子暗记，从而形成身体区域网络。
将这些旗子暗记进行领悟，可以更加全面的表示人体信息，实现更可靠地人体信息数字化。

5.闭环电子纹身。

将电子纹身传感器件、治疗器件及致动器件相结合形成闭环系统，可以实现实时、按需治疗以及在传感的同时供应实时触觉反馈，实现更好的沉浸式体验。
因此，发展基于电子纹身的刺激器及致动器，也是未来的主要发展方向。

6.与可植入电子交互的电子纹身。

电子纹身与植入电子的交互可以实现二者功能的共同增强。
一方面，电子纹身可通过无线办法监测和传输数据，作为一个闭环平台对病人的身体信息进行实时反馈，从而为植入电子供应辅导。
另一方面，电子纹身也可以从植入电子所供应的治疗中获益。
通过整合电子纹身和植入电子供应的数据，临床年夜夫可以更全面、更准确地理解病人的康健情形，从而在无外部干预的情形下实现更精准地治疗。

7.为电子纹身特制的集成电路。

电子纹身的超薄构造为其与外电路集成带来了寻衅，因此，发展基于电子纹身的集成电路设计，制备全电子纹身材系，也是未来的主要发展方向之一。

图1. 天下上首次宣布的与人体皮肤共形的电子纹身。

图2.在皮肤不同部位具有不同功能的电子纹身。

图3. 电子纹身在材料、性子及运用方面的主要进展。

图4. 皮肤的构造和性子。

图5. 用于电子纹身的功能性材料。

图6.电子纹身的构造设计。

图7. 电子纹身的制备方法。

图8.将电子纹身转移至皮肤表面的方法。

图9. 电子纹身在电生理旗子暗记检测方面的运用。

图10. 电子纹身在生物阻抗检测方面的运用。

图11. 电子纹身在应变传感方面的运用。

图12.电子纹身在压力传感方面的运用。

图13.电子纹身在光探测和显示方面的运用。

图14. 电子纹身在温度传感方面的运用。

图15. 基于电子纹身的化学传感器。

图16. 电子纹身在伤口愈合监测和伤口修复方面的运用。

图17. 基于电子纹身的电刺激、热刺激和化学刺激器。

图18.基于电子纹身的能源网络和存储器件。

图19.无线电子纹身集成和封装策略。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00626