伊斯坦布爾兩家機構的研究人員創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副主任Onur Ergen開發。

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據，寬帶調制解調器作為輔助設備。在最近發表在《IEEE電子設備快報》上的研究人員的工作中，該系統分析了運動范圍。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，智能手機可以持續監控BNTS，并使用人工智能算法處理信息。”

Ergen說，這種被稱為環境反向散射的通信方法類似于RFID，但不依賴于有限數量的允許頻率。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的挑戰，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。

設備初創公司X-Cor Therapeutics負責技術和產品開發的副總裁Nicholas X.Williams在杜克大學讀研究生時，共同開發了一種類似于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展。

Williams說：“有很多用例，如果通過傳統方式制造，你則需要不同的傳感器和途徑來創建運動醫學的東西，而不是生物醫學系統或成人與兒童的東西。如果你有打印系統，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。”

更多醫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據。

他說：“然而，我們最近的工作尚未發表，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據。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。”
責任編輯：彭菁