鉛筆與紙如何「變身」人體皮膚生物醫療裝置？

2020-08-14 DIGITIMES

作者：DIGITIMES陳明陽

美國密蘇裡大學(MU)工程學院教授Zheng Yan發表在美國國家科學院(PNAS)院刊的新研究展示透過其研究團隊發展的技術，任何人都能用易於取得的一般石墨鉛筆與商用辨公室影印紙，獨力在家製作貼附在人體皮膚上、低成本、低環境衝擊、高度實用的生物電子醫療裝置。

以MU研究團隊技術以及鉛筆與紙自製的生物電子醫療裝置，可持續、實時監測各種人體的生物物理與生物化學生命徵象，準確性跟傳統裝置相當。未來在居家個人化健康照護，吸引學生參與課堂學習的作業計劃等教育用途，疫情期間的居家科學研究等方面都可望有廣泛用途。

貼附在皮膚表面量測生命徵象的傳統穿戴式生物電子裝置，通常使用先進材料、製程複雜、生產成本高，因此尚未普及，目前許多已商品化的裝置主要包含生物醫療追蹤元件，以及周圍提供支撐與貼附皮膚的塑膠等彈性材料，而MU研究團隊僅需以易於取得且低成本的鉛筆與紙即可方便的製作與客制化類似的裝置。

MU的研究人員發現石墨含量逾90%的鉛筆，在紙上書寫或描畫時的摩擦作用所產生的電力，足以為一般生物醫療感測應用供電，而石墨含量93%的鉛筆則最適合在紙上繪製各種表皮用生物電子裝置，若要強化在人體皮膚的附著力，繪製好的紙張背面可使用不會引起過敏與排斥的生物兼容噴霧黏著劑。

鉛筆與紙畫出不同圖案各代表不同傳感器，將紙張層疊起來又能構成更複雜的裝置，研究團隊已製作出的表皮裝置用途包括感測體溫、心電圖與肌電圖訊號、血糖值、心率、呼吸率、alpha/beta/theta腦波、汗液的葡萄糖/酸礆值/尿酸，以及透過皮膚供藥的延伸治療裝置、運用溼氣產生電力為表皮用電子裝置供電的集電器、傳送程序性熱刺激的裝置。

此外運用鉛筆與紙製作的穿戴式生物電子裝置可在一周內分解，但許多商用裝置不僅易於損壞且內含難以分解的元件。研究團隊接下來將進一步發展與測試電生理學、生物化學、溫度感測等生物醫療元件的應用，並將其技術持續用於製作其他人體監測裝置、拓展至更多應用領域。

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