伊斯坦布爾兩家機構的研究人員創(chuàng)造了能夠與附近設備進行被動無線通信的納米紋身，而不需要電池等外部電源。這一進步可能會推動許多生物傳感技術的發(fā)展，到目前為止，這些技術一直因依賴龐大的外部電源或有線通信而受阻。

基于后向散射的納米紋身傳感器（backscattering-based nanotattoo sensor，BNTS）紋身由伊斯坦布爾葉迪特佩大學講師Kristen D.Belcastro和伊斯坦布爾技術大學電子與通信系研發(fā)副主任Onur Ergen開發(fā)。

紋身由兩種墨水組成——在石墨烯氣凝膠導電墨水上嵌入納米線的氧化鋅墨水。這兩種墨水通過單獨的針同時涂在皮膚上。Ergen說，含有納米線的墨水中也有一些氣凝膠，盡管其比例低于下層，因此，兩種墨水在接觸時會結合。

這些設備的無線通信依賴于壓電活動產生的電信號，隨著紋身的形狀變化，將機械能轉化為電能，這就成為可能。紋身的無線網絡基礎設施使用智能手機從紋身上反射信號并接收數(shù)據(jù)，寬帶調制解調器作為輔助設備。在最近發(fā)表在《IEEE電子設備快報》上的研究人員的工作中，該系統(tǒng)分析了運動范圍。然而，Ergen表示，他們正在探索更多的用例。

ISTANBUL TECHNICAL UNIVERSITY/IEEE

研究人員在論文中寫道：“當彩繪標簽接收到射頻（RF）信號時，它會反射一些信號，與智能手機閱讀器建立上行鏈路，而智能手機則與標簽建立下行鏈路。通過這些通信鏈路，智能手機可以持續(xù)監(jiān)控BNTS，并使用人工智能算法處理信息。”

Ergen說，這種被稱為環(huán)境反向散射的通信方法類似于RFID，但不依賴于有限數(shù)量的允許頻率。研究人員使用900兆赫和2.45千兆赫的寬帶調制解調器成功地從紋身中接收到信息。

Belcastro和Ergen創(chuàng)造的設備在原理上與其他電子紋身相似，不過，其中一個紋身的共同發(fā)明人表示，無線通信鏈路很有吸引力。

馬薩諸塞大學阿默斯特分校即將上任的生物醫(yī)學工程助理教授Dmitry Kireev說：“有一個被動無線紋身，可以從中獲取信息，這是引起我注意的關鍵。”作為得克薩斯大學的博士后研究員，Kireev共同創(chuàng)造了一個可以準確測量血壓的石墨烯紋身。然而，盡管紋身既薄又靈活，Kireev表示，紋身目前所需的有線連接是制作真正便捷設備的一個相當大的障礙。

Kireev說：“我們自己所做的一切都面臨著互聯(lián)的挑戰(zhàn)，如果有一種方法可以完全無線地進行通信，那么這是一個非常有趣的概念。”

Kireev還表示，這種新的分層設備可能有助于推進石墨烯生物傳感器的通信研究，石墨烯生物傳感在實驗室中非常受歡迎。

設備初創(chuàng)公司X-Cor Therapeutics負責技術和產品開發(fā)的副總裁Nicholas X.Williams在杜克大學讀研究生時，共同開發(fā)了一種類似于Belcastro和Ergen設備的電子薄膜。這兩種技術都直接在皮膚上創(chuàng)建了功能電路，而不是依賴于預先打印的傳感器，Williams表示，這可能會為傳感器市場帶來未來的定制發(fā)展。

Williams說：“有很多用例，如果通過傳統(tǒng)方式制造，你則需要不同的傳感器和途徑來創(chuàng)建運動醫(yī)學的東西，而不是生物醫(yī)學系統(tǒng)或成人與兒童的東西。如果你有打印系統(tǒng)，你可以專門為你需要的用例生成一個文件，這樣就擴展了功能，而不需要倉庫里裝滿各種形狀、大小和預期用途的傳感器?！?/p>

更多醫(yī)療保健的可能性及超越

Ergen說，他對紋身的研究正在擴展到醫(yī)療保健的其他方面。目前的一項研究是如何使用紋身作為無線腦電圖傳感器。而且，盡管目前的版本使用身體部位的彎曲來產生接收環(huán)境信號所需的能量，但Ergen表示，其他方法也可能奏效。例如，Ergen和其他研究人員之前曾探索過使用汗液傳感器收集數(shù)據(jù)。

他說：“然而，我們最近的工作尚未發(fā)表，可以使用反向散射技術在不需要電池的情況下分析汗液和唾液。我們預計將在未來幾個月內出版這項內容。”

生物傳感設備只是埃爾根更大研究組合的一部分，該組合遠遠超出了醫(yī)療保健領域。Ergen最近獲得了歐洲研究委員會（European Research Council）140萬歐元的撥款，用于探索通過量子電子工程重新設計電池。即使是紋身，在額外的聚合物封裝下已經穩(wěn)定測試了四個多月，也可以部署在幾乎任何需要無線通信的場景中。

Ergen說：“任何表面都可以用于此，它不僅限于人體。你可以把它放在汽車的任何地方 —— 這種不方便進行診斷的地方。所有新車都有無線網絡。你可以在某個地方涂上這些東西并獲取數(shù)據(jù)。如果你用我們的傳感器涂在椅子上，你可以不斷獲得關于你坐姿的信息，也可以預測某個零件是否會因為你感覺到了不舒適而損壞?！?br /> 責任編輯：彭菁