Bilim insanları, cilt üzerine doğrudan boyanabilen ve kuruduktan sonra biyolojik izleme için işlevsel bir elektrot haline gelen yenilikçi, iletken bir mürekkep geliştirdi. Bu çığır açıcı çalışma, ulusal bilim akademilerinin yayın organında yayımlandı.
Geçtiğimiz yıllarda, geçici dövmeler aracılığıyla cilde yapışan epidermal elektronikler yani 'e-dövmeler' geliştirilmişti. Bu e-dövmeler, yapıştırıcı kullanmadan cilde bağlanır, neredeyse hiç hissedilmez ve ince polimerler ile entegre edilmiş devre elemanları sayesinde elektriksel ve diğer ölçümleri (ısı ve gerilim gibi) yapabilir.
Ancak, bu e-dövmelerin curved ve/veya tüylü yüzeylerde iyi performans göstermemesi ve biyosinyallerin mekansal olarak dağılımı nedeniyle daha geniş alanları kaplamak için kişiselleştirilmiş elektrot yerleşim tasarımı gerektirmesi gibi sınırlılıkları bulunuyordu. Bu nedenle bilim insanları yaratıcı çözümler aramaya devam ediyor. Örneğin, geçtiğimiz yıllarda araştırmacılar, saçlı olsa bile beyin dalgalarını ölçebilen, özel polimer bazlı iletken mürekkepler geliştirdi. Bu teknoloji, klinik ortamların dışında mobil EEG izlemesi gibi potansiyel uygulamalara olanak tanıyabilir.
Bu yeni çalışmanın yazarlarından biri, 10 yılı aşkın süredir EEG, EKG (kalp aktivitesi) ve EMG (kas kasılmaları) gibi biyomonitör uygulamaları için elektrot tasarımları üzerinde çalışıyor. Metal gibi sert malzemeler biyomonitör için stabil olsa da, kullanıcının egzersiz gibi aktiviteler sırasında fazla hareket etmesi durumunda kolayca yerinden çıkabiliyor. Son yıllarda hidrojeller, su emme, şişme ve hareket sırasında vücut derisiyle esneme yetenekleri sayesinde alternatif malzemeler olarak öne çıkıyor. Ancak hidrojeller oldukça hızlı bozuluyor ve uzun süreli kullanımla bu faydalarını yitiriyor.
Yüz Boyası Kadar Kolay
Ter veya saç, biyosinyal kaydının doğruluğunu da azaltabiliyor. Bunun nedeni, ticari elektrotların önceden üretilip cilde uygulanması, bu da sensör okumalarını zayıflatan bir hava boşluğu oluşturması. Araştırmacılar bu sorunu çözmek için kendi iletken mürekkeplerini geliştirdi. Su bazlı bir etanol/polivinil alkol çözeltisi içinde farklı polimerler ve asitli katkı maddeleri karıştırdılar. PEDOT:PSS, mürekkebin esnekliğini artırmak için bir plastikleştirici görevi gören DBSA ile birlikte elektriksel iletkenliği sağladı.
Ekip, yeni iletken mürekkeplerinin kısaltılmış adını 'WE-PPD' olarak belirledi. Araştırmacılardan biri, mürekkebin yüz boyası gibi davrandığını belirtti. Neredeyse şeffaf olarak başladığını, ancak gıda boyası ile istenilen renklere boyanarak istedikleri tasarımı yapmanın mümkün olduğunu söyledi. Bu, giyilebilir cihazı kişinin tercihine göre tamamen kişiselleştirmeye olanak tanıyor. Mürekkebin cildin kıvrımlarını doldurmasıyla, ortaya çıkan elektrot çok yüksek cilt bağlantısı sağlıyor ve dolayısıyla daha iyi sinyal kaydı elde ediliyor. Ayrıca gözenekli bir gümüş dokuya entegre edilebilir ve sert cihazlarla birleştirilebilir.
Boyanabilen sensörler, laboratuvarda insan denekler üzerinde koşu bandında koşarken ve ağırlık kaldırırken kalp aktivitesini izlemek; robotik protez eli kontrol etmek için jest tanıma ve bir araştırmacının günlük aktiviteleri sırasında saçlar aracılığıyla beyin aktivitesini (EEG) izlemek için test edildi. Yazarlara göre, boyanabilen elektrotlar, standart tıbbi sınıf filmlere göre çok daha yüksek su buharı geçirgenliğine sahipti ve uzun süreli kullanımda cilt tahrişine neden olmadı.
Araştırmacılardan biri, günlük kullanım uygulamasını 12 saatlik bir süre boyunca test ettiklerini ancak bunun elektrotların sınırı olmadığını belirtti. Elektrotların yıkanıp kolayca yeniden uygulanabileceğini söyledi. Bunun arkasındaki büyük fikir, gelecekte daha pahalı bir algılama modülünün sistemden ayrı tutulabileceği, ancak elektrotların tek kullanımlık olabileceğidir. Tek bir mürekkep şişesi, birkaç gün veya bir hafta boyunca birden fazla elektrot boyamak için yeterli malzeme sağlayabilir.
Ekip, iletken mürekkebi için geçici bir patent başvurusunda bulundu, ancak hala birkaç sınırlama var. Görüntüleme artefaktlarının olmaması MRI görüntülemesi için umut vaat etse de, yazarlar boyanabilen sensörlerin klinik bir ortamda kullanılmadan önce kapsamlı bir güvenlik değerlendirmesi yapılması gerektiğini belirtiyor. Sensörlerin süper yapışkan özellikleri göz önüne alındığında, RF kaynaklı ısınma özel bir endişe kaynağıdır. Bu, boyanabilen sensörlerin karmaşık şekillere bu kadar iyi uyum sağlayabilmesi nedeniyle, teknolojiye bitki sağlığı izlemesi için uyarlama olasılığını araştırmanın yanı sıra gelecekteki araştırmaların odak noktasıdır.
