可穿戴传感器有望在临床就诊之外提供连续、个性化的健康跟踪。但如今，大多数设备仍然采用针对单一应用的固定设计，缺乏多功能性来满足用户不断变化的需求。现在，研究人员在Advanced Materials中报告了磁性自组装石墨烯传感器，该传感器可以实现长期寻求的模块化，可重构可穿戴电子产品的愿景。
在合适的电气特性和生物相容性机械特性之间取得平衡，对可穿戴设备的开发构成了持久的挑战。通过精确、适应性强的传感器提高诊断准确性和多功能性。然而，避免刺激皮肤的柔软外形往往与硬磁铁等可调节的高性能组件要求相冲突。
由于这些权衡，与一次性设备相比，先前的可重构可穿戴设备尝试牺牲了传感能力或互连可靠性。但这项新研究表明，磁性石墨烯纳米复合材料提高了传感器的精度，同时实现了可靠的自组装——结合了柔性生物传感器和可定制电子产品的最佳方面。
最近的材料进步使梦想中的设备更接近现实。石墨烯的高导电性和生物相容性使其成为皮肤安装电子产品的一种有趣的基础传感材料。通过激光诱导石墨烯薄膜中的孔隙，研究人员创建了一个灵活的导电网络，非常适合各种传感模式，包括电化学反应、心电图等电生理信号和温度变化。
创新在于用硬磁性颗粒增强这种传感膜，用于自组装。由此产生的“磁性石墨烯纳米复合材料”推动了传感器性能的提高，同时实现了可逆、可重构的连接。
在他们的实验中，研究人员证明，用磁性颗粒增强多孔石墨烯薄膜可以显着提高传感器的能力。测试表明，与单独的多孔石墨烯相比，磁性石墨烯纳米复合材料将尿酸和吡哆醇等代谢物的传感器精度提高了70%，电生理传感的截止阻抗提高了87%。
例如，尿酸传感器的灵敏度从 29.6 nA/μM 增加到 8 nA/μM-1磁掺杂后。同时，温度传感器的灵敏度从0.14%提高到0.22%°C−1.磁掺杂石墨烯还将电生理传感的阻抗降低了 87%，在 1 kHz 频率下从 37.96 kΩ 降低到 4.73 kΩ。
至关重要的是，磁畴允许HMGN薄膜卡在一起，形成可靠的电气连接，无需焊接或粘合剂。施加的磁场将杂乱无章的磁畴组织成对齐的南北两极，类似于条形磁铁。相反的极吸引到柔性基板上的模块化HMGN传感器自组装成用户定义的布局。
研究人员通过在HMGN中制造一个由16个阻抗传感电极组成的阵列来测试这一概念。根据命令，方形电极分离并重新组装成圆形和三角形，以绘制受损组织的几何形状。在其他实验中，在基板上交换单个HMGN传感器可以调整器件灵敏度、空间覆盖范围和传感模式，如电解质浓度、ECG信号和温度。
该团队将钠离子、氯离子和尿酸离子传感器集成到一个平台上，以监测运动过程中的汗液电解质流失。收集数据后，传感器分离，因此用于心电图和温度的新传感器可以取代它们来测量心血管反应，这表明HMGN在高效多功能可穿戴电子设备方面的潜力。
这种灵活的模块化设备可以推进针对个体患者和环境量身定制的个性化诊断和治疗。在临床环境之外持续跟踪生物物理和生化标志物也有望将医学转向预防性护理，而不是反应性方法。
前进的道路包括增强HMGN对更多身体部位的生物相容性，并将传感器类型拉伸到葡萄糖、湿度和应变等条件下。虽然磁性自组装电子器件引入了有希望的可重构性，但手动交换仍然限制了设备在短时间内对多种场景的快速适应。完全集成的系统可根据上下文输入和使用模式自动重新排列模块化即插即用传感器，这代表了下一个前沿领域。
尽管如此，这一突破有助于实现智能可穿戴设备的愿景，通过适应每个用户不断变化的需求来改善健康。激光诱导磁性石墨烯纳米复合材料为可定制的多功能电子产品铺平了道路，这些电子设备可以在日常活动中全天候持续监测健康状况。这里开发的模块化、可逆方法使个性化、预防性和参与式医学的梦想更加接近。
