Исследователи из Университета штата Бойсе разработали прорыв в области носимой электроники: многофункциональную электронную татуировку (e-tattoo), которая объединяет сбор энергии, её накопление и биометрическое сенсорирование в реальном времени в единую, кожу-конформную платформу.
Инновация использует волокна из электроспин-поли (винилбутир-ко-винил-спирт-ко-винилацетат) (PVBVA), покрытые MXenes из карбида титана (Ti₃C₂Tₓ), предлагая масштабируемую, биосовместимую и надёжную альтернативу традиционным носимым устройствам, которые часто используют жёсткие подложки или внешние гели.
Работа опубликована в журнале Advanced Science.
Как работает электронная татуировка
Электронные татуировки — это сверхтонкие, гибкие устройства, которые непосредственно прилипают к коже, позволяющие применять их в мониторинге здоровья, интерфейсах человек-машина и самоуправляемых системах. Эта работа, возглавляемая аспирантом Аджаем Пратапом под руководством профессора Дэвида Эстрада из Школы материаловедения и инженерии Micron при Университете штата Бойсе, демонстрирует, как передовые материалы и аддитивное производство могут создавать высокопроизводительные, совместимые с кожей устройства для электроники следующего поколения.
Интегрируя MXene в электроспинные волокна PVBVA, команда добилась сбора энергии с помощью трибоэлектрического наногенератора, который продемонстрировал максимальную плотность мощности 250 мВт·м⁻². В отличие от термоэлектрических устройств, основанных на тепловых градиентах, или фотоэлектрических элементов, требующих света, трибоэлектрические наногенераторы получают энергию напрямую от движения человека, что делает их идеальными для носимых систем.
В устройство был интегрирован конденсатор с параллельной пластиной, подходящий для низкомощного сенсорного сенсора и хранения энергии. Для иллюстрации биометрического сенсора команда продемонстрировала реальный захват сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) и электромиографии (ЭМГ) с высокой конформностью кожи и минимальным ухудшением сигнала. На протяжении всех тестов электронная татуировка сохраняла механическую гибкость, дышащимость и адгезию при длительном ношении даже при растяжении, сжатии и скручивании.
Экспертные взгляды и исследовательская траектория
«Это исследование подчёркивает потенциал композитов MXene-полимера в создании многофункциональных устройств, конформных с кожей», — сказал Пратап. «Наша электронная татуировка интегрирует сбор, хранение энергии и мониторинг биосигналов в одну платформу, прокладывая путь для самопитаемых носимых систем.»
Профессор Эстрада сказал: «Работы Аджай демонстрируют, как атомарно тонкие материалы могут преобразовывать носимую электронику. Объединив MXene с электроспинными волокнами, мы создали масштабируемую, биосовместимую систему, которая способствует мониторингу здоровья, взаимодействию человека и машины и энергетической автономии.»
Этот прорыв основан на ранее опубликованных достижениях команды Estrada в сборе и хранении энергии на основе MXene. Ранее в этом году группа продемонстрировала экологически чистый печатный трибоэлектрический наногенератор с использованием композитов MXene-полимера для устойчивого сбора энергии, а также масштабируемые чернила MXene для устройств хранения энергии следующего поколения.
Вместе эти работы задают согласованную исследовательскую траекторию в многофункциональных, атомарно тонких материалах.
Университет штата Бойсе
редактор Стефани Баум, рецензия Роберт Иган
Дополнительная информация: Аджай Пратап и др., Многофункциональные электронные татуировки на основе электроспинированных волокон PVBVA, покрытых Ti3C2TxMXene для сбора энергии, хранения энергии и биометрического сенсорирования, Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202518697