关键词：石墨烯、压力传感器、血压监测
撰文 | Mark Peplow
翻译 | 何成自菁
审校 | 林然
只需加入少许石墨烯，就可以把橡皮泥变为压力传感器。这种传感器异常灵敏，不但可以监测人体脉搏，甚至还能探查到一只小蜘蛛的脚步。
这种石墨烯橡皮泥被称作“G-putty”，研发者希望基于它开发持续监测血压的设备。此外G-putty还表现出了自我修复的能力，预示着它可能成为更智能的石墨烯复合材料。
自2004年首次分离出石墨烯，研究人员就尝试将这些碳原子薄层添加到各种材料中，希望创造出能从石墨烯的高强度和极佳导电性中受益的复合材料。但令人惊讶的是，几乎还没有人尝试将石墨烯与橡皮泥这样的黏弹性（viscoelastic）材料混合。橡皮泥同时表现出弹性固体和液体的特征，比如将一块橡皮泥放在一个洞上，它会慢慢地渗漏过去。
在都柏林三一学院（Trinity College Dublin）Jonathan Coleman纳米技术实验室工作的研究员Conor Boland表示，他好奇将石墨烯和橡皮泥混合后会发生什么。“我很希望说，该想法是仔细构思得来的，但并不是，” Coleman笑着说，“因为我们正好有这么个传统——将家用器具用于科学研究中。”(他的团队在2014年发现，用厨房中的搅拌器快速搅拌石墨，可以获得石墨烯。)
Jonathan Coleman和他的儿子正在摆弄G-putty。图片来源：都柏林三一学院
研究人员将大约20层原子厚， 800纳米长的石墨烯薄片与自制的橡皮泥（一种有机硅聚合物）混合，得到能导电的深灰色G-putty。这种材料关键的一个特点是，即使研究人员仅施加微弱的压力，它的电阻也会发生极大变化。这种橡皮泥比其他纳米复合材料传感器至少敏感10倍。
研究人员将一块G-putty连上导线，放在一个学生的颈部，通过电阻变化就能清楚地测出他的颈动脉脉搏。事实上，脉冲轮廓非常精细，可被转换为精确的血压读数。该传感器也可以放在学生的胸部，监测呼吸。另外，有点匪夷所思的是，它还能记录下一只体重仅有20毫克的蜘蛛落下的每一个脚步。
“他们充分证明了这种材料的多功能性，” 意大利国立研究委员会的材料科学家Vincenzo Palermo说，“我认为这是个了不起的工作，非常新颖。”这项研究发表在了《科学》上。
Coleman的研究团队发现，石墨烯薄片在橡皮泥中形成了导电网络，橡皮泥变形会破坏该网络，导致电阻迅速增加。接着，由于G-putty黏度较低，石墨烯薄片可以移回原位置，并重组网络。“这是一种自愈现象。” Coleman解释道。
Coleman已经在与有兴趣用G-putty进行持续生理监测的医疗器械公司商谈。例如，病人通常需要戴上笨重的护腕测量血压，并只能得到一个瞬时读数。但G-putty这样价廉而小巧的非侵入式传感器，能让病人在家里轻轻松松监测血压。
Sanna Arpiainen是研究石墨烯的资深科学家，在赫尔辛基（Helsinki）附近的一个大型合同研究组织VTT工作，她说一些公司，比如诺基亚（Nokia）对石墨烯传感器的健康应用很感兴趣。但她警告道，在将G-putty商业化之前，还需克服一系列障碍——包括证明它可以大规模批量生产，以及通过测试来评估其长期性能。Palermo对此表示赞同：“对于实际应用，你需要它以相同方式运行成千上万次。”
在进行G-putty实验时，研究人员遇到了一个意想不到的阻碍。Boland 本想在两只蜘蛛之间进行比较测试，但他发现稍不注意，那只稍大些的蜘蛛已经将它的小伙伴吞入腹中了。”他没有预料到和动物一起工作会遇到这种困难。” Coleman说。
原文链接：https://www.scientificamerican.com/article/graphene-spiked-silly-putty-picks-up-human-pulse/
