3D打印电子皮肤为人机交互带来新进展

南极熊导读：人类皮肤拥有1000多个神经末梢，是大脑与外界最大的感官连接，通过触觉、温度和压力提供丰富的反馈。尽管这些复杂的特征使皮肤成为一个重要的器官，但也带来了复制的挑战。

2024年1月29日，南极熊获悉，德克萨斯农工大学（TAMU）的研究人员利用具备可调节电子和热生物传感功能的纳米工程水凝胶，成功开发了一种3D打印的电子皮肤（E-skin）。这种电子皮肤能够像人类皮肤一样自由弯曲、伸展，并且具备感知功能。

生物医学工程系教授兼研究主任Akhilesh Gaharwar博士表示：“复制触觉并将其集成到各种技术中的能力，为人机交互和高级感官体验开辟了新的可能性，这有望彻底改变行业并提高残疾人的生活质量。”

该论文的主要作者是博士Gaharwar的前学生、现任Axent Biosciences科学家Kaivalya Deo，以及Gaharwar实验室的前Fulbright Nehru博士研究员Shounak Roy。

△3D打印电子皮肤技术由加哈瓦尔博士的实验室开发，已发表在《先进功能材料》，题目为“用于应变、压力和温度传感的3D打印电子皮肤”（传送门）

仿制人类皮肤缺乏足够的弹性和柔软性

电子皮肤的制造面临着一个挑战，即开发出既耐用又能模仿人类皮肤灵活性、包含生物电传感功能，并适用于可穿戴或可植入设备的材料。Deo表示：“过去，这些系统的刚度对于我们的身体组织来说太高，阻碍了信号转导并在生物-非生物界面上造成机械失配。” 研究人员通过在基于水凝胶的系统中引入“三重交联”策略，成功解决了柔性生物电子学领域的关键限制之一。

△纳米工程水凝胶的导电性及其作为动态传感应变和压力的电子皮肤的应用

纳米工程水凝胶的使用解决了在3D打印电子皮肤过程中的一些挑战。水凝胶能够在电子皮肤创建过程中降低剪切应力下的粘度，使其更容易处理和操作。该团队表示，这一功能有助于构建复杂的2D和3D电子结构，这是复制人类皮肤多面性的一个重要方面。

研究人员还利用二硫化钼纳米组件中的“原子缺陷”（一种原子结构中含有缺陷的材料，可实现高导电性）和聚多巴胺纳米颗粒来，帮助电子皮肤粘附在湿组织上。

△交联Pul-SH/PDA/MoS2水凝胶的物理化学表征

Roy解释道：“这些专门设计的二硫化钼纳米颗粒充当交联剂，形成水凝胶，并赋予电子皮肤导电性和导热性。我们是第一个报道使用它作为关键成分的人，该材料粘附湿组织的能力对于潜在的医疗保健应用尤其重要，因为电子皮肤需要顺应并粘附到动态、潮湿的生物表面。”

其他合作者包括德克萨斯农工大学生物医学工程系Limei Tian博士小组的研究人员和印度曼迪理工学院的Amit Jaiswal博士。

电子皮肤未来的应用领域非常广泛，包括可连续监测运动、体温、心率和血压等生命体征的可穿戴健康设备。这些设备将向用户提供反馈，并协助他们提高运动技能和协调性。