科幻片中敷上一片超薄的「電子皮膚」便能探測出人體生理訊號，將一些疾病防患於未然的場景，或許在不遠的將來會成為現實。大陸清華大學微奈電子系任天令教授團隊研發出多層石墨烯表皮電子皮膚，該器件具有極高靈敏度，可直接貼於皮膚探測呼吸、心率、發聲等人體訊號，在運動監測、睡眠監測、生物醫療等方面具有重大應用前景。
皮膚是人體最大的器官，負責人體內部與外界環境的交互作用。在其柔軟的組織下分布著一個龐大的感測器網路，可隨時獲得溫度、壓力、氣流等外界資訊的變化。電子皮膚透過類比人類皮膚的傳感功能，或能實現甚或能超越皮膚的傳感性能。這些年該項研究發展迅速，成為一種重要的生物醫學感測器。
提高穩定度降成本
海內外製作電子皮膚的原材料曾嘗試過許多不同材質，這些原材料需具備良好的柔韌性、可伸縮性、高靈敏度、貼合度和舒適度，此次清華大學任天令教授團隊利用的海內外研究尚屬剛剛起步。由於石墨烯是世界上最薄的材料，其優良的導電性和柔韌性，是電子皮膚的理想材料。但如何將石墨烯更穩定可靠地貼在皮膚表面，進而採集人體生理訊號一直是亟待解決的關鍵問題。
任天令教授團隊則是創造「濕法剝離氧化石墨烯」的新方法，使成品更美觀、靈敏度更高、可耐受更高溫度，任天令表示，單層石墨烯的厚度只有三億分之一公尺，且由於相對脆弱所以處理起來比較困難。此外，低缺陷單層石墨烯生長成本相對較高。為了提高可操作性，便採用多層石墨烯製作，不僅降低了製作成本，還提高了器件靈敏度。
檢測想貼哪就貼哪
解決原材料問題後，剝離後的石墨烯作為基底如何貼合在人體表面、探測體徵訊號成了下一個難題。透過對鐳射直寫石墨烯微觀結構的分析研究，任天令團隊建立以石墨烯帶狀結構為基元的裂痕理論模型，隨後進行的模型模擬和實驗驗證，發現模擬結果與實驗結果非常吻合。
摸清石墨烯的特點後，便可利用電阻值的變化實現對人體生理資訊的監測和分析，於是電子皮膚可貼附在口罩、手腕、喉嚨等不同位置，實現對呼吸、心跳、語音等生理體徵訊號的測量，因此，只需根據實際情況確定貼合部位，要貼哪就貼哪完全沒有問題，而這款電子皮膚可穩定工作10小時以上，還可以定製圖案。而現在還在進行後端研發，希望完成一個可攜式系統，讓大家隨時隨地瞭解自己的體徵訊號。
任天令表示，目前醫療領域愈來愈重視疾病預防，所以，在疾病初期若能監測到其訊號，便可將其扼殺在萌芽期，這樣不僅能減輕患者痛苦，還能降低治療成本，對國計民生是巨大的福祉。（記者／孫曜樟）