Мягкая и гибкая электронная «электронная кожа», настолько чувствительная, что может обнаруживать малейшую разницу температур между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом, может стать основой новой формы накожного биосенсора. Ультратонкий материал также чувствителен к прикосновению и движению тела, что предполагает широкий спектр потенциальных применений.

«Кожа играет жизненно важную роль в нашем взаимодействии с миром», — говорит Винсент Танг из KAUST, который руководил работой. «Воспроизведение его свойств в электронной коже может иметь серьезные последствия для носимой электроники, а также для сенсорного протезирования, мягкой робототехники и человеко-машинных интерфейсов», — говорит он.

Однако, несмотря на значительные исследовательские усилия, было очень сложно создать подходящие материалы, которые должны быть прочными и высокочувствительными, но при этом незаметными при нанесении на кожу.

Углеродный наноматериал, называемый водород-замещенным графдиином (HsGDY), может быть идеальным для этой задачи, как показали Тунг и его сотрудники. Этот двумерный лист атомов углерода имеет сходство с графеном по прочности и электропроводности , но также имеет и ключевые отличия, отмечает Тунг. Плотная сотовая структура графена придает материалу жесткость. Напротив, атомная структура «островного моста» HsGDY, состоящая из жестких областей, соединенных тонкими полимерными мостиками, теоретически должна обеспечивать присущую ей мягкость и гибкость, которые идеально подходят для нанесения на кожу.

«Внедрение HsGDY в электронную кожу давно рекламировалось теоретиками, но еще не было экспериментально продемонстрировано», — говорит Тунг. Команда впервые разработала новую синтетическую стратегию для формирования больших однородных листов HsGDY. «Ключом было использование нами атомарно структурированного монокристаллического медного катализатора для соединения молекулярных строительных блоков материала», — объясняет Тунг.

Команда смогла показать то, что предсказывала теория: полученный материал был легко скручиваемым, растяжимым и механически прочным. «Наша электронная кожа толщиной около 18 нанометров составляет часть толщины человеческой кожи, что обеспечивает конформный контакт и долговременное прилегание к телу с максимальной гибкостью и комфортом», — говорит Тунг.

Тунг добавляет, что атомная структура материала с островным мостом не только способствует мягкости и гибкости HsGDY, но также является ключом к его электронным свойствам. Мосты образуют ультратонкие проводящие каналы, которые легко деформируются, что приводит к значительным изменениям электрического сигнала при растяжении материала легким прикосновением или даже изменением температуры .

«Отличная чувствительность и прилегаемость позволяют визуализировать крошечную деформацию, вызванную разницей температур между вдохом и выдохом, что демонстрирует многообещающий потенциал для практического клинического применения», — говорит Тунг.