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Los tatuajes de gráficos electrónicos son dispositivos únicos que se utilizan en los sistemas de salud para aplicaciones personalizadas. Los tatuajes de grafeno electrónico de una sola capa se utilizan para monitorear varias señales electrofisiológicas en humanos. A pesar de su funcionalidad innovadora, estos dispositivos sufren de impermeabilidad al sudor y dificultades de repetibilidad.
![Nuevos tatuajes electrónicos de grafeno Kickstart Healthcare Electronics 2.0](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39428_16582507818693402.jpg)
Estudio: Graphene Electronic Tattoos 2.0 con rendimiento, transpirabilidad y robustez mejorados. Fuente de la imagen: Tex vector/Shutterstock.com
Una versión mejorada de los tatuajes electrónicos de grafeno se presentó en un artículo reciente publicado en la revista npj 2D Materials and Applications. Esta actualización se puede usar en la piel y presenta permeabilidad al sudor, propiedades eléctricas superiores y durabilidad. Si bien los sistemas más antiguos exhibieron propiedades eléctricas dispersas debido a discrepancias relacionadas con el crecimiento o la transferencia, los tatuajes electrónicos de grafeno informados que utilizan nanoscrolls de grafeno (GNS) o estructuras multicapa de grafeno mostraron propiedades mejoradas.
Los dispositivos se analizaron sistemáticamente apilando diferentes capas de grafeno. Las monocapas de grafeno apiladas en un solo tatuaje mejoraron enormemente las propiedades electrónicas. Por otro lado, apilar los tatuajes de grafeno multicapa dio como resultado una reducción de 2,5 veces en la impedancia de la piel, una reducción de 3,5 veces en la resistencia de la lámina y una reducción de 5 veces en la desviación estándar.
Tatuajes electrónicos de grafeno para bioelectrónica portátil
La bioelectrónica portátil ha encontrado aplicaciones en diversas áreas de la atención médica. En consecuencia, los elementos electrónicos basados en metal y silicio están siendo reemplazados lenta y continuamente por materiales ligeros similares a la piel con una textura más suave y sin comprometer su funcionalidad. Con ese fin, simplificar la operación del proceso bioelectrónico puede hacerlos fácilmente accesibles y portátiles.
Los tatuajes de grafeno electrónico son atómicamente delgados y se utilizan en dispositivos bioelectrónicos portátiles.
Los diseños iniciales exhibieron aproximadamente un 85 % de transparencia y la capacidad de adherirse a la piel a través de las fuerzas de van der Waals. Además, los tatuajes electrónicos exhibieron una extensibilidad de aproximadamente el 40 %, lo que permitió su fácil aplicación en la piel y previno los artefactos de energía inducidos por el estrés y el ruido inducido por el movimiento.
Estos tatuajes electrónicos de grafeno se realizaron a pequeña escala. Además, las propiedades críticas como la resistencia de la hoja, la impedancia interfacial y la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) de los tatuajes de grafeno electrónico no se han optimizado con precisión.
Por lo tanto, los tatuajes electrónicos de grafeno informados anteriormente sufrían limitaciones como el rendimiento electrónico promedio y una mayor impedancia que los tatuajes electrónicos de grafeno de una sola capa, e inconsistencias como grandes grietas o límites de grano y pliegues inducidos durante la transferencia de grafeno, lo que reduce su rendimiento general. Además de estos problemas, los tatuajes electrónicos de grafeno de una sola capa carecían de reproducibilidad, lo que resultó en una gran dispersión de poder.
Fabricación de Grafeno Electronic Tattoos 2.0 con propiedades mejoradas
En el presente estudio, se informaron tatuajes electrónicos multicapa de grafeno mejorados con capacidad de sudor eficiente y propiedades eléctricas superiores. A continuación, se analizaron los dispositivos en cuanto a sus propiedades bioelectrónicas y electrónicas.
El principal parámetro de interés en el presente estudio fue el número de monocapas por tatuaje. Como las propiedades electrónicas de los tatuajes electrónicos de grafeno de una sola capa se vieron comprometidas debido a microfisuras y defectos y al crecimiento imperfecto resultante, se fabricaron tatuajes electrónicos de grafeno de varias capas (dos y tres capas) junto con sus contrapartes de una sola capa.
Los dispositivos de tres capas producidos exhibieron una resistencia laminar mejorada 3,5 veces y una impedancia interfacial mejorada 2,5 veces con respecto a sus contrapartes de una sola capa. Además, la estructura de una sola capa incorporada en GNS mostró un rendimiento mejorado debido a sus propiedades físicas y mecánicas mejoradas.
Además, las deficiencias de los tatuajes de grafeno electrónico anteriores se han oscurecido por el estampado de microagujeros en la estructura topográfica de los nuevos tatuajes de grafeno electrónico. Estas microcapas permitieron un contacto multiplanar mejorado de la piel con tatuajes de grafeno electrónico, allanando el camino para los sistemas portátiles híbridos de próxima generación.
Conclusión
En resumen, los tatuajes electrónicos de grafeno robustos y versátiles con permeabilidad al sudor y propiedades eléctricas superiores se han producido como sensores portátiles de tatuajes discretos y livianos.
La integración del GNS en tatuajes electrónicos de grafeno de una sola capa mejoró su rendimiento debido a la reducción de la impedancia de la piel, la reducción de la resistencia de la hoja y la menor desviación estándar con una mejor reproducibilidad de los resultados.
La principal desventaja del dispositivo actualizado fueron sus propiedades electrónicas deterioradas debido a grietas menores o interrupciones en su superficie topológica. Por lo tanto, los tatuajes GNS o de grafeno multicapa ayudaron a mejorar sus propiedades electrónicas debido a la formación de una red intercalada que salva las imperfecciones en la capa de grafeno a granel.
Además, un extenso estudio sobre tatuajes electrónicos de grafeno multicapa demostró su robustez y propiedades eléctricas favorables para sus aplicaciones en registros electrofisiológicos portátiles. Los tatuajes de grafeno electrónico de dos capas mostraron una mejora del doble en la impedancia de la piel en comparación con su contraparte de una sola capa.
Debido al retraso en el ensamblaje de los tatuajes de grafeno electrónico de tres capas sin una mejora significativa en las propiedades eléctricas, los tatuajes de grafeno electrónico de dos capas pueden servir como posibles tatuajes de grafeno de próxima generación sobre sus contrapartes de tres capas.
Relación
Kireev, D., Kampfe, J., Hall, A., Akinwande, D. (2022) Graphene Electronic Tattoos 2.0 con rendimiento, transpirabilidad y robustez mejorados. npj materiales y aplicaciones 2D.
https://doi.org/10.1038/s41699-022-00324-6
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