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您可能会认为临时纹身看起来很酷，但如果它们还可以收集和传输关于您的心率、体温、肌肉收缩或脑电波的信息呢？
一种新型柔性电子电路有望实现这一目标，它能够随着皮肤移动并保持在原位，无需任何粘合剂。该研究利用现有的半导体技术，将集成电路印制到可以直接应用于皮肤的薄而柔韧的硅膜上。该设备在8月11日在线发表于科学杂志的一篇新论文中进行了描述。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（U.I.C.U.）材料科学与工程学教授，同时也是这项新研究的合著者约翰·罗杰斯在一次播客采访中表示：“目标真的是模糊电子设备和生物组织之间的界限。”
威斯康星大学麦迪逊分校电气与计算机工程系教授马正强在同一期科学杂志的一篇评论文章中写道，这项新技术可能很快使监测变得“更简单、更可靠且不间断”。
罗杰斯正在与位于马萨诸塞州剑桥市的初创公司mc10, Inc.合作将该设备商业化，他和他的团队已经证明该贴片可以用于测量生命体征——他们认为，有一天它可以用于帮助刺激肌肉、加速伤口愈合、改善假肢，甚至与电子游戏进行通信。
纤薄贴合
这种新型贴片最强大的优势在于其纤薄。“从直观的层面上来说，这真的很简单，”罗杰斯在播客中说道。“如果你把任何东西做得足够薄，它就会变得柔韧。”因此，他们没有使用更典型的半毫米厚的硅晶片，而是使用了50纳米厚的硅膜。
罗杰斯称这种膜本身“有点令人作呕”，他在周三的新闻发布会上指出，“它看起来有点像从身体上撕下来——或排泄出来的。” 但在某种意义上，这就是重点：达到一种材料，在这种材料中，“机械性能和组织之间的区别变得模糊不清，”他周三说道。为了解决应用问题，该团队从临时纹身行业获得了启发，并使用了一种在应用后剥离的塑料背衬。（罗杰斯和他的同事们喜欢在海盗临时纹身上演示传感器的应用。）
超柔性贴片是通过转移印刷（或“墨印和印刷”）制成的，其中芯片组装在两个硅层上，然后转移到旨在贴合皮肤的弹性体聚合物基底材料上。
尽管材料和组件并非特别新颖，但它们的“几何形状配置却很不寻常，”罗杰斯说。 电路被形成为开放的网状形状，“几乎像一个嵌入在非常薄的弹性体皮肤中的电子蜘蛛网，”他解释道。 这意味着，“我们不必回头重新发明半导体材料或重新发明晶体管设计，”他说。 仅通过缩小所有部件的尺寸并在正确的配置中组装它们，他的团队希望他们能够引领新的“生物整合机会”。
斯坦福大学机械工程助理教授郑晓林一直在研究类似的设备，并且对这份新报告感到兴奋。她的团队的设备在最近发表的纳米快报论文中进行了描述，它依赖于不同的制造工艺，该工艺涉及电路和硅之间的中间层，有助于防止应用过程中较大电路上的应力。然而，正如马正强在他的评论文章中指出的那样，新设备中聚酯层和传感器层的厚度相同，这意味着它们“产生相反的应变，相互抵消，因此无论设备向哪个方向弯曲，中间电路层都几乎不会受到应力。”
尽管郑晓林的团队使用了直线金属，而不是新贴片中更易变形的形状，但斯坦福大学团队的版本却明显更薄，厚度约为0.8微米。“我们的设备更加灵活，可以轻松实现曲面上的共形涂层，”她说。
易于使用
当今的大部分监测设备都需要笨重的硬件，例如心脏病患者经常不得不拖着或携带的心脏监护仪。但罗杰斯在播客中指出，这种新设备对于佩戴者来说“几乎在机械上是隐形的”。 纤薄而光滑的外形使其能够应用于其他设备可能显得笨拙或侵入性的地方。 一个可能的应用可能是早产儿，由于他们身材矮小，“与”笨重、有线传感器“不兼容”，罗杰斯说。 对于睡眠研究来说，这也可能是一种更具吸引力的监测方法，无需笨重、具有干扰性的设备和电线。
柔性电路还使得大量电极可以在小空间内与皮肤接触——这比目前通常单独应用和布线的电极有所改进。
它没有采用可能刺激皮肤的粘合凝胶或胶带，而是利用了非特异性的、广义的粘附力，即范德华力——这与壁虎能够在墙壁上行走的力量相同。“我们正在利用机械过程和几何形状来优化这种粘附力的强度，”罗杰斯在播客中解释道。“你可以像贴临时纹身一样把它贴上，它就会留在那里。” 他报告说，即使在淋浴时，它也能保持在原位。
在目前的测试中，这些贴片已经保持了大约一周的时间。罗杰斯说，添加某种粘合剂可能会有助于在现实世界中最终完成交易。但他喜欢目前的版本表明外部粘合剂“并非绝对必需”。
走向无线
为如此小型、柔性的贴片供电是使其可用的关键问题。目前，该团队已经能够集成感应线圈，当附近的初级电源以足够高的水平运行时，感应线圈可以拾取电力，为LED和其他组件供电。
但是，如果有人需要带着这东西在城里到处走动怎么办？ 下一步将是集成可以稍后存储电力的电容器或电池。 借鉴现有的柔性光伏技术，该团队正在考虑将太阳能作为内置电池的可能合作伙伴。
然而，要成为一项重大突破，该贴片最终需要完全无线化。 开发人员目前依赖于连接到细长带状电缆的小电线来下载信息，但已经在努力集成无线电功能。
像临时纹身一样，这些贴片不会永远粘附。 罗杰斯指出，随着皮肤的不断更新，一个周期大约需要两周，贴片将需要更换。 正如郑晓林指出的那样，新贴片中的硅本身就是设备的一部分。 因此，“用于制造的晶片不可重复使用，”她说。 借助她团队的中间层，硅晶片可以一次又一次地使用。
肢体语言
约翰·霍普金斯大学的研究表明，“这些设备不仅用于监测身体，还用于刺激身体，”罗杰斯说。“电气接口也可以在另一个方向上工作，因此你可以刺激肌肉收缩。”纤薄而流线型的设计意味着该设备“不会限制肌肉的运动”。
该技术有一天也可能有助于伤口愈合，通过在伤口周围提供热或电刺激。 通过光集成，电路还可以用于通过光谱学评估组织。
该设备已连接到受试者的喉咙上，当他们说话时，使用计算机程序识别模式，这些信号可以导航简单的语音控制电子游戏。 罗杰斯指出，这种通信方法也可能对那些患有影响喉部的疾病的人有用，并且可能用于控制假肢。
罗杰斯希望有一天他们能够将芯片的语言从电压语言转变为身体更容易理解的语言，例如液体和离子。 罗杰斯指出，这将使与“深层组织”的互动成为可能。
与此同时，mc10已经在努力将该贴片的一个版本推向市场。 据报道，他们已与锐步达成协议，开始将此类传感器集成到运动服装中。
尽管她的团队可能会与罗杰斯的团队竞争，但郑晓林表示，她“很高兴看到我们正朝着相同的目标努力[但]采用了不同的方法。”