新研发：利用“食材”打造健康监测仪

　    关注健康，许多人或家庭都必备一些小型仪器以监测身体的健康指数。不久前，英国发明了一种以石墨烯和海藻为制作材料的健康监测仪器，可用来记录肌肉、呼吸、脉搏和血压等。　

　　石墨烯纳米复合材料具有柔性的电敏感特性，使其有潜力用于制作可穿戴的电子皮肤设备，以实现高精度、生物力学和生命体征测量。但是，多数石墨烯纳米复合材料在制作过程中，都需要用到化学溶剂，而这些溶剂对人体有害，这导致有些产品无法应用于医疗或人体上。此外，用于人体的石墨烯纳米复合材料，还需满足高灵敏度、低刚度的要求。

　　为此，英国伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）和苏塞克斯大学（University of Sussex）共同开发一款符合这些要求的石墨烯纳米复合材料。该种材料由石墨烯、海藻和海盐组成，具有能够生物降解的特点。

　　这一研发的灵感来自于米其林餐厅美食胶囊果冻，这种美食在食品和酒店行业被称之“食品鱼子酱”。胶囊果冻的外面是含有固体海藻的覆盆子层，里面是液体果酱芯。

　　受这种果冻的启发，研究人员将石墨烯添加到棕色海藻衍生物中进行球化。其内馅是液体石墨烯芯，被一层固体海藻-石墨烯凝胶包裹，最终获得了这种可食用且可生物降解的胶囊。

　　制作这种胶囊首先需要将石墨分离成长度约290纳米（nm）、厚度只有1至6层原子大小的石墨烯，再将海藻酸钠混合到石墨烯悬浮液中。

　　随后，研究人员透过逐滴法，快速将这些材料滴进含有氯化钙的溶液当中进行固化，让它的外壳含有一层凝胶涂层，最终形成直径约2.5毫米（mm）的独立球形的胶囊材料，它们的外表均匀、光滑。

　　在对胶囊进行机械和导电性能测试时，研究人员发现，胶囊能够导电，而导电性强弱与胶囊外壳中的石墨烯含量有关，但差异不大。此外，胶囊在承受不同压力时会产生不同的电阻，压力增大，电阻也会增加，这种现象使得这种材料变成一种潜在的应变传感器。

　　研究发现，这与液体中的纳米石墨烯之间的堆迭有关，压力越大堆迭越多，导致电阻增加，压力小则电阻下降。另外，胶囊的直径大小和外壳厚度会影响其电阻性能。当直径小于2.5mm且外壳厚度650µm时，其电阻大约在2.6MΩ；若直径在4.5mm左右，外壳厚度300µm时，电阻则降至1MΩ。

　　以上这些特性，凸显出胶囊对于压力非常灵敏，当它们受到挤压或压缩时，电性会发生巨大变化，这也意味着它们可以用做高效应变传感器。

　　研究人员制作出不同大小和外壳厚度的胶囊，将其放置在特殊的基板上后进行封装，最终形成电子皮肤结构。

　　他们将该设备贴在人体上进行实验，发现这种设备不仅是一种高度灵敏的诊断工具，还能够精准测量和记录人体的肌肉运动、呼吸和脉搏变化。甚至能透过电阻变化，测量出人体血压的变化，与当初他们设想的一样。

　　除此之外，这种电子皮肤只需将外部的板层用温水清洁，就能轻易分离出里面的银金属线和胶囊，进行回收再利用。

　　上述研究成果今年6月底正式发表在《先进功能材料》杂志上。

　　伦敦玛丽女王大学材料博士迪米特里奥斯‧帕帕吉奥（Dimitrios Papageorgiou）对该校的新闻社表示：“我们通过将烹饪艺术与尖端纳米技术进行突破性融合，创造出海藻-石墨烯微胶囊的非凡特性，还提供一个用于高精度健康诊断的纳米复合材料可穿戴技术，同时该产品可被回收和生物降解。”