激光诱导自支撑MXene膜用于皮肤纹身传感

表皮电子学领域的积极研究催生了一类重要的可穿戴传感器，旨在提供充满舒适和强大用户体验的即时诊断。表皮电子设备提供了一个非常宽广的平台，可以利用人体最大的器官皮肤对自身的重要健康参数进行无创监测。传统的医疗设备体积庞大、坚固且不实用，无法在日常生活中对人体重要器官进行持续监测。人体柔软的曲线形状需要类似皮肤的传感器，这种传感器可以通过简单的传递过程纹在身上。这些纹身传感器的不显著性和非刚性不影响用户的日常活动，因此能够连续监测脉搏率、呼吸率、紫外线照射、皮肤水化水平、葡萄糖监测等生命体征。2D材料使类似纹身的超薄传感器的开发取得了新进展，预示着未来将会有一种先进的多功能传感器取代目前僵硬的健康监测设备。

   近期，Indian Institute of Science 的Saurabh Kumar和Konandur Rajanna教授在国际知名学术期刊ACS Sensors上发表一篇题目为：Laser-Induced Direct Patterning of Free-standing Ti3C2−MXene Films for Skin Conformal Tattoo Sensors的研究论文，在这项工作中，报道了自支撑的Ti3C2 - MXene薄膜的激光绘图作为一种制造皮肤适形纹身传感器的新方法。自支撑的MXene膜的脆性要求图案化方法必须是非接触式的，因此不能持续进行机械切割。为了达到这个目的，本文对脉冲光纤激光器进行了特殊设计，当它暴露在MXene薄膜上时，就会相应地切割。MXene薄膜的厚度控制着激光在薄膜上切割图案所需的功率。除了精确和超快之外，激光还可以根据不同的应用赋予Ti3C2 MXene薄膜任何形状和大小。该方法省时、成本低，适合大规模生产。与印刷和冲压技术相比，这种技术在更大的规模下确保了更高的设计精度。然后将这些独立式应变仪封装在薄的PDMS层之间，除了使设备皮肤贴合（约20 微米厚）外，还提供了生物相容性包装。该传感器的工作原理是纳米裂缝的产生和传播，与之前报道的应变传感机制相比，它具有更高的灵敏度。

图1.基于Ti3C2MXene的皮肤适形纹身传感器的制作工艺。

图2. MXene的材料表征。

图3. 纹身传感器的应变传感性能。

图4.不同应变状态下的MXene薄膜的SEM图像。

图5.制作的传感器的照片和桡动脉脉搏监测。

图6.纹身传感器附着在身体各个部位的性能。 

    激光绘制Ti3C2 MXene薄膜为制备任何形状和大小的可穿戴式纹身应变传感器提供了一个真正的一步式方案。PDMS封装的生物相容性传感器由于其超薄的结构和巨大的灵活性，表现出较高的皮肤整合性。除了探测脉搏和呼吸率外，还进行了多种人体运动动作，以成功地测量传感器对细微肌肉运动的敏感性。SEM图像被用来推导应变传感机制，因为当施加拉伸应变时，它们可以直观地显示Ti3C2MXene膜中纳米裂纹的传播。在目前报道的所有Ti3C2-MXene传感器中，该传感器的测量因子(约为7400)的记录值最高。稳定性测试表明，传感器中的Ti3C2 MXene膜尽管有固有的快速氧化趋势，但由于PDMS封装，只发生了轻微的氧化。因此，它有潜力被用作一次性使用的传感器。加速寿命周期测试表明，该器件最初的电阻急剧上升，在随后的周期中保持稳定。未来的工作将探索一种更坚固的包装材料，使独立的MXene薄膜氧化的可能性最小。除了包装之外，传感器的后续工作也可以通过其广泛的应用范围来定义，这可能需要无线数据通信能力来允许持续的健康监测，同时实现无缝可穿戴的用户体验。

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