皮肤是人体最大的器官。它传达了很多信息，包括温度，压力，愉悦和痛苦。电子皮肤（电子皮肤）模仿生物皮肤的特性。最近开发的电子皮肤能够无线监测生理信号。它们可以在下一代机器人技术和医疗设备中发挥关键作用。
研究人员在加州理工学院的实验室对使用先进的生物电子设备研究人类生物学和监测人类健康感兴趣。他们开发的电子皮肤不仅可以分析人类汗液的化学和分子组成，而且还可以充分利用汗液中的化学物质。
为什么重要
现有的电子皮肤和可穿戴设备主要专注于监视心率等生理参数，并且无法在分子水平上评估健康信息。此外，它们通常需要电池为它们供电，并且电池需要经常充电。
尽管最近进行了努力以从人体中获取能量，但尚无自供电电子皮肤能够执行生物传感并通过标准蓝牙无线通信传输信息的报道。这归结为缺乏功率效率。需要一种能够连续收集分子以及物理信息并将信息无线传输到其他设备的自供电设备。
研究人员如何开展这项工作
研究人员采用的从人体中获取能量的方法是基于生物燃料电池的。燃料电池将化学能转化为电能。他们为电子皮肤开发的生物燃料电池将人类汗液中的乳酸转化为电能。除生物燃料电池外，电子皮肤还包含生物传感器，可以分析代谢信息，例如葡萄糖，尿素和pH值，以监测糖尿病，局部缺血的另一种健康状况，以及身体信息，例如皮肤温度。电子皮肤由柔软的材料制成，并附着在人的皮肤上，可进行实时生物传感，仅靠汗水提供动力。
以前开发的可穿戴生物燃料电池不能产生很多电能，并且也不是很稳定。通过将新型纳米材料用于电池的两个电极，我们极大地提高了生物燃料电池的功率输出和稳定性。我们的生物燃料电池的阴极由碳纳米管网格组成，碳纳米管装饰有包含铂和钴的纳米颗粒。阳极是一种纳米复合材料，其中包含分解乳酸的酶。
在人类汗液中，生物燃料电池可以在几天内连续产生高达每平方厘米几毫瓦的连续稳定输出。这足以为生物传感器和无线通信供电。通过在使用人类受试者的研究中监测葡萄糖，pH，铵离子和尿素水平，研究人员证明了他们的电子皮肤。他们还使用电子皮肤作为人机界面来控制机械臂和假肢的运动。
下一步是什么
研究人员计划进一步改善生物燃料电池的功率输出，并集成不同的生物传感器。完全自供电的电子皮肤的发展为众多机器人和可穿戴式医疗保健方法打开了大门。可穿戴式传感器阵列可用于健康监测，疾病早期诊断和潜在的营养干预。此外，自供电电子皮肤可用于设计和优化下一代假肢。
作者：高伟，加州理工学院医学工程助理教授。
