Bu araştırma, insan derisine neredeyse bir elektronik dövme gibi uyabilecek kadar ince fakat çıplak elle taşınamayacak kadar kırılgan olan nanometre kalınlığındaki epidermal elektronikler için yeni bir mekanik mimari geliştiriyor. Araştırmacılar cihazın aktif merkezini yaklaşık 500 nm kalınlığında bırakırken çevresini yaklaşık 5 µm kalınlığında poliimid bir iskeleyle güçlendirdi. Böylece merkez bölgenin cilt mikro-dokusuna yüksek uyumu korunurken cihazın kenarından cımbızla tutulabilmesi, kablo bağlantısının yapılabilmesi, hedef yüzeyden çıkarılabilmesi ve tekrar kullanılabilmesi amaçlandı. Kalınlaştırılmış kenar aynı zamanda termal uyumsuzluk gerilmesini kullanarak cihazın su içinde ana cam altlıktan kendiliğinden ayrılmasını başlatıyor.

Çalışmada bu “edge-supported ultrathin”, yani kenar destekli ultra-ince (ESU) platformla üç farklı algılama uygulaması gösterildi. Yaklaşık 500 nm kalınlığındaki kuru fizyolojik elektrot, insan derisinde 1 kHz'de 3,60 ± 0,01 kΩ başlangıç temas empedansı verdi. Aynı elektrot bir hafta içinde 100'den fazla takıp-çıkarma işleminden sonra 7,908 ± 0,006 kΩ seviyesinde ölçüldü. 0,5 µm kalınlığındaki direnç tipi sıcaklık sensörünün %90 tepki süresi 0,48 ms iken, 5 µm kalınlığındaki karşılaştırma sensöründe bu süre 11,54 ms oldu. Nano-mühendislikli basınç sensörünün en hassas bölgesinde ise 62,92 kPa⁻¹ hassasiyet raporlandı.

Araştırmanın temel yeniliği yalnız sensörü inceltmek değildir. Nano ölçekli algılama bölgesi, daha kalın dairesel kenar ve serpantin bağlantı birbirinden farklı mekanik görevler üstlenmektedir: ultra-ince merkez cilde uyum sağlar; kalın kenar taşıma ve sökme sırasında yapıyı korur; serpantin köprü ise gerinimi absorbe ederek kablo ve pad bölgesinden gelen yüklerin hassas merkeze aktarılmasını azaltır.

Bununla birlikte sonuçlar tıbbi teşhis veya uzun dönem klinik kullanım kanıtı değildir. İnsan üzerinde gerçekleştirilen bölüm yüzey elektromiyografisi (sEMG) sinyallerinin kaydına yöneliktir. Makale katılımcılardan bilgilendirilmiş onam alındığını bildirir ancak klinik tedavi veya hastalık tanısı çalışması değildir. Ayrıca poliimid filmin uzun süre deride tutulmasının kızarıklık ve hafif rahatsızlığa neden olabildiği kaynakta açıkça belirtilmektedir. Bu nedenle çıkarılıp tekrar takılabilme özelliği yalnız üretim kolaylığı değil, kullanım açısından da önemlidir.

Türkiye bağlamında yöntem; giyilebilir sağlık elektroniği, elektronik deri, insan-makine arayüzleri, robotik ve mikro/nano sensör araştırmaları açısından değerlendirilebilir. Ancak çalışmada Türkiye'deki üretim altyapısı, biyomedikal mevzuat, klinik kullanım veya yerel seri üretim maliyeti incelenmemiştir. Laboratuvar sonucu doğrudan ticari veya klinik ürün başarısı olarak yorumlanmamalıdır.

Nano kalınlığındaki elektronikler neden hem avantaj hem sorun yaratıyor?

Epidermal elektroniklerin önemli hedeflerinden biri sensör ile insan derisi arasındaki mekanik uyumsuzluğu mümkün olduğunca azaltmaktır. Cilt düz bir yüzey değildir; parmak izi sırtları, ter gözenekleri ve daha geniş ölçekli mikro kıvrımlar içerir. Elektronik film ne kadar kalın ve rijitse bu mikro yapıları takip etmek o kadar zorlaşır.

Kaynağın dayandığı önceki mekanik çalışmalar, poliimid tabanlı epidermal elektroniklerde kalınlığın birkaç mikrometrenin altına düşürülmesinin cilt dokusuna konformal teması önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. Ancak bunun karşılığında eğilme rijitliği çok hızlı düşer. Nanometre kalınlığındaki bağımsız film hava akımı, elektrostatik kuvvet, yüzey kuvvetleri veya küçük bir mekanik temasla bile kıvrılabilir, kırışabilir ya da kendi üzerine katlanabilir.

Çalışmanın problemi bu nedenle “daha ince sensör nasıl yapılır?” sorusundan daha kapsamlıdır: Hem nanometre kalınlığının konformal temas avantajını koruyup hem de cihazı üretilebilir, tutulabilir, bağlanabilir, sökülebilir ve yeniden kullanılabilir hâle getirmek mümkün müdür?

Kenar destekleme stratejisi nasıl çalışıyor?

Şekil 1'deki temel cihaz üç mekanik bölgeden oluşuyor:

• Ultra-ince aktif ada: yaklaşık 500 nm kalınlığında PI film; elektrot veya sensör burada bulunuyor.
• Güçlendirilmiş çevresel iskele: yaklaşık 5 µm kalınlığında fotosensitif PI; taşıma, kaldırma ve dış kuvvetlere karşı koruma sağlıyor.
• Serpantin ada-köprü yapısı: kalınlaştırılmış bağlantı hattının bükülüp dönerek gerinimi absorbe etmesini sağlıyor.

Kenarın dairesel biçimde tasarlanmasının nedeni keskin köşelerdeki gerilme yoğunlaşmasını azaltmaktır. Kaynaktaki sonlu eleman hesaplamasında %1 çekme geriniminde keskin geçişe sahip tasarımdaki maksimum gerilme 261 MPa iken eğrisel geçişle 121 MPa'a düşmüştür. Yazarlar bu değeri poliimid için kullandıkları yaklaşık 200 MPa çekme dayanımının altında değerlendirmektedir.

Serpantin yapı daha da belirgin bir mekanik fark oluşturmuştur. Serpantin bulunmayan yapı %10 gerinimde 570 MPa maksimum gerilme gösterirken, serpantinli yapıda %50 gibi çok daha yüksek toplam gerinimde maksimum gerilme 79,9 MPa olmuştur. Aynı durumda nanometre kalınlığındaki sensör adasında hesaplanan gerilme yalnız 7,47 MPa'dır.

İncelik ve mekanik dayanım aynı cihazda nasıl ayrıştırılıyor?

Buradaki tasarım mantığı bütün cihazı aynı kalınlıkta yapmamaktır. Mekanik özellik, fonksiyona göre bölgesel olarak dağıtılmıştır. Ciltle gerçek sinyal alışverişinin gerçekleştiği yerde film olabildiğince ince tutulurken; cımbızın temas edeceği kenar, kablonun lehimleneceği pad ve gerilimin taşınacağı bağlantı daha kalın yapılmıştır.

Bu nedenle “5 µm'lik destek nanometre ölçeğindeki konformal teması ortadan kaldırır mı?” sorusu kritiktir. Çalışmada yapılan cilt replikası deneyleri, kenara yakın bölgede temasın tam olmadığını fakat 5 mm çapındaki merkezi 500 nm algılama bölgesinde etkin temas çizgisinin %85'in üzerinde tahmin edildiğini gösteriyor.

Cihaz üretim sırasında nasıl hazırlanıyor?

Su içinde kendiliğinden ayrılmanın fiziksel mekanizması nedir?

Üretimde nano kalınlığındaki bir filmi camdan mekanik olarak soymak ciddi bir problemdir. Film aşırı yumuşak olduğundan soyma kuvveti küçük bir bölgede yoğunlaşıp yırtılmaya veya kırışmaya yol açabilir.

Kenar destekli tasarım bu sorunu iki fiziksel etkiyi bir araya getirerek çözmeye çalışır. Birincisi, poliimid ile camın termal genleşme davranışlarının farklı olmasıdır. PI yüksek sıcaklıkta kürlendikten ve sistem soğuduktan sonra filmde termal uyumsuzluk gerilmesi kalır. Kalınlığın artmasıyla bu mekanik itici kuvvet de artmaktadır.

Şekil 2a'daki simülasyonda farklı PI kalınlıkları için maksimum termal uyumsuzluk gerilmeleri yaklaşık olarak:

0,5 µm film tek başına bu gerilimi ayrılmayı sürdürecek kadar etkili kullanamaz; son derece esnek kenar kendi üzerine kıvrılarak ayrılma cephesinin ilerlemesini bastırabilir. Yaklaşık 5 µm'lik destek kenarı ise ilk boşluğun oluşmasına yardımcı olacak daha rijit bir mekanik bölge sağlar.

Suyun rolü nedir?

Termal gerilme tek başına yeterli değildir. Çalışmada PI–cam arayüzünün yapışma kuvveti havada 1,08 ± 0,06 N/m olarak ölçülmüştür. Su içinde ise kullanılan ölçüm sistemiyle ölçülebilir bir yapışma kuvveti saptanmamıştır.

Yazarların mekanizma açıklamasına göre polar su molekülleri oluşmuş ilk boşluktan PI–cam arayüzüne girer ve arayüz bağlanmasını zayıflatır. Kalın kenardaki termal uyumsuzluk gerilmesi ile düşen arayüz yapışması birleşince ayrılma cephesi ilerleyebilir.

Şekil 2f'de havada dış kuvvetle soyulan kenar destekli ultra-ince filmlerin yırtıldığı, su içinde serbest bırakılan örneğin ise bütünlüğünü koruduğu görülmektedir. Kenar takviyesi bulunmayan 500 nm sınıfındaki film ise ayrıldıktan sonra belirgin biçimde kırışmıştır.

Serbest bırakma ne kadar sürüyor?

Yöntem bölümüne göre ESU cihazları deiyonize suya daldırıldığında kalınlaştırılmış kenarın büyük bölümünün ayrılması tasarım ve boyuta bağlı olarak yaklaşık 10–30 dakika sürmektedir. Suyun hafifçe karıştırılması ayrılmayı hızlandırabilir. Kenar yeterince serbest kaldığında cihaz cımbızla yalnız güçlendirilmiş bölgeden tutularak sudan çıkarılır.

“Kurban katmansız” ifadesinin sınırı nedir?

Makalenin ana yeniliklerinden biri, ESU yapısının cam taşıyıcıdan ayrılması için ayrı bir çözünebilir kurban tabakaya veya kimyasal aşındırıcıya ihtiyaç duyulmamasıdır. Ancak bu ifade bütün çalışmadaki her alt cihazın bütün mikroimalat süreçlerine genişletilmemelidir.

Özellikle nano-mühendislikli basınç sensörünün yönteminde araştırmacılar, PDMS ve tek duvarlı karbon nanotüp tabakasının hazırlanması sırasında cam üzerine suda çözünen PAA kurban katmanı kaplamıştır. Dolayısıyla ana ESU taşıyıcı serbest bırakma yöntemi kurban katmansızdır; basınç sensörünün özel aktif malzeme üretiminde ise kurban katman kullanılmaktadır.

500 nm film gerçekten cilt dokusunu takip edebiliyor mu?

Şekil 3 bu soruyu teorik hesap, parmak izi replikası, profilometri, SEM ve konfokal ölçümlerle ele almaktadır. Kullanılan mekanik modele göre yaklaşık 200 µm pürüzlülük genliğine sahip bir parmak izi yapısında konformal temas için PI tabakasının yaklaşık 3,5 µm'den ince olması gerekir.

0,5 µm PI filmi, çalışmanın hesaplama aralığında yaklaşık 60–500 µm ve daha büyük yüzey pürüzlülük genliklerinde konformal davranış gösterebilmektedir. Parmak izi replikasında yapılan ölçümlerde 0,5 µm film yüzeyin vadilerini ve sırtlarını yakından takip ederken 5 µm film daha çok sırtların üst bölgelerine temas etmiştir.

SEM görüntülerinde 0,5 µm film altındaki ince parmak izi morfolojisinin ve ter gözeneklerine karşılık gelen mikro yapıların görünür kalması, filmin yüzeyi mekanik olarak belirgin biçimde düzleştirmediğini göstermektedir.

Gerçek cihazda kenar teması bozar mı?

Önkol derisinin silikon replikasında yapılan konfokal analizde 5 µm destek kenarının yakınında tam temas kaybı oluşmuştur. Ancak 5 mm çapındaki merkezi algılama alanının büyük kısmı yüzey geometrisini izlemeyi sürdürmüştür. Kaynak, çap doğrultusunda incelenen etkin temas çizgisi oranının %85'in üzerinde olduğunu tahmin etmektedir.

Bu veri doğrudan yaşayan insan derisinin bütün yüzeyinin %85'i temas ediyor anlamına gelmez. Ölçüm, insan önkolundan hazırlanmış bir cilt replikası ve seçilmiş bir hat profilinden elde edilen geometrik değerlendirmedir.

Ultra-ince elektrot neden düşük empedans sağlıyor?

sEMG gibi biyopotansiyel ölçümlerinde elektrot ile cilt arasındaki etkin temas yüzeyi önemli bir elektriksel parametredir. Kalın kuru elektrot mikro kıvrımların yalnız üst kısımlarına temas ettiğinde gerçek elektriksel temas alanı sınırlı kalabilir. 500 nm sınıfındaki film ise cildin mikro dokusunu takip ettiği için daha geniş gerçek temas alanı oluşturabilir.

ESU sEMG elektrodunda altın algılama filmi ultra-ince PI üzerinde bulunurken dış bağlantı alanı mekanik olarak güçlendirilmiştir. Elektrot pad'i ticari bağlantı kablosuyla kullanılabilecek biçimde halka olarak tasarlanmış; iç çapı 4 mm, dış çapı 8 mm'dir.

1 kHz'deki elektrot empedansları ne çıktı?

Bu deney düzeninde ultra-ince kuru elektrot, ticari Ag/AgCl elektrottan yaklaşık üç mertebe daha düşük temas empedansı göstermiştir. Ancak bu karşılaştırma belirli elektrot geometrileri, cilt hazırlığı ve çalışmanın ölçüm protokolü için geçerlidir; piyasadaki bütün ıslak veya kuru elektrotların genel performans sıralaması olarak okunmamalıdır.

Elektrot gerçekten yeniden kullanılabildi mi?

Yazarlar elektrotları bir hafta boyunca test etmiş; her gün ölçüm almış ve tekrar tekrar cilde takıp çıkarmıştır. Toplam tekrar sayısı 100'ü aşmıştır. 100 çevrim sonrasında 5 µm destek bölgesi ile 0,5 µm aktif bölge arasındaki geçişte belirgin delaminasyon veya yorulma çatlağı görülmediği raporlanmıştır.

Bir haftalık tekrarların ardından ESU elektrodunun 1 kHz empedansı:

7,908 ± 0,006 kΩ

olurken ticari Ag/AgCl elektrodun empedansı:

14,353 ± 1,564 MΩ

olarak ölçülmüştür.

ESU elektrodunun göreli sinyal dalgalanması %0,11, Ag/AgCl elektrodunki ise %26,64 olarak verilmiştir. Yazarlar ticari ıslak elektrottaki bozulmanın önemli bölümünü hidrojel yaşlanmasına bağlamaktadır.

Yeniden kullanım tamamen bakım gerektirmiyor mu?

Hayır. Kaynak, tekrar kullanım sırasında ölü deri hücreleri ve sebumun özellikle 500 nm'lik algılama yüzeyinde birikebildiğini açıkça belirtmektedir. Bu nedenle her uygulama öncesinde ve sonrasında elektrodun birkaç saniye etanolle durulanması ve hedef cilt bölgesinin alkollü pamukla hafifçe temizlenmesi önerilmiştir.

Bu ayrıntı önemlidir; “yeniden kullanılabilir” ifadesi kirlenmeden etkilenmeyen, bakım gerektirmeyen bir cihaz anlamına gelmez.

sEMG sinyal kalitesi nasıl karşılaştırıldı?

ESU elektrotları önkolun iç bölgesine yerleştirilerek kavrama sırasında flexor carpi radialis kasından yüzey elektromiyografi sinyali kaydedildi. Aynı konumda ticari Ag/AgCl elektrotlarla karşılaştırma yapıldı.

Kavrama kuvveti yükseltildiğinde ESU elektrotlarla kaydedilen sEMG genliği de yükselmiştir. Bu sonuç cihazın yüzey kas aktivitesini algılayabildiğini desteklemektedir. Ancak çalışma herhangi bir nöromüsküler hastalığın teşhis doğruluğunu, rehabilitasyon sonucunu veya klinik karar performansını test etmemiştir.

Ultra-ince sıcaklık sensörü neden daha hızlı?

Araştırmacılar platform üzerine altın tabanlı direnç sıcaklık sensörü, yani RTD geliştirmiştir. Polimer altlık inceldikçe sensör ile ısı kaynağı arasındaki termal kütle azalmakta ve algılama elemanının gerçek yüzey sıcaklığına daha hızlı yaklaşması mümkün olmaktadır.

Kaynakta sıcaklık direnç katsayısı (TCR) şu şekilde raporlanmıştır:

Yazarlar 0,5 µm yapıda elde edilen değerin altının kaynakta belirtilen yaklaşık %0,324/°C intrinsik değerine yaklaştığını vurgulamaktadır.

0,5 µm RTD'nin 0,48 ms T90 yanıtı, 5 µm yapının 11,54 ms değerinden yaklaşık 24 kat daha kısadır. Makale bu sonucu metal tabanlı RTD'lerde sub-milisaniye yanıtın gösterimi olarak yorumlamaktadır.

Basınç sensöründe 62,92 kPa⁻¹ hassasiyet nasıl elde edildi?

Basınç sensörü, klasik mikrometre ölçekli piramit veya gözenekli mikro yapıları kalınlaştırmak yerine daha önce geliştirilen nano-mühendislik yaklaşımını kullanmaktadır. Cihazda altın interdigital elektrotlar ve PDMS üzerinde tek duvarlı karbon nanotüp tabanlı algılama yapısı kullanılmaktadır.

Akım–basınç eğrisindeki farklı çalışma bölgeleri için kaynakta:

• S1 = 62,92 kPa⁻¹
• S2 = 33,63 kPa⁻¹
• S3 = 0,49 kPa⁻¹

hassasiyetleri gösterilmektedir. 62,92 kPa⁻¹ değeri sensörün bütün basınç aralığı boyunca sabit hassasiyeti değildir; eğrinin en hassas ilk bölgesine aittir.

Şekil 5e ayrıca basınç sensörünün çevrim testini yaklaşık 4000 çevrime kadar göstermektedir. Bu sonuç laboratuvar çevrim dayanımını destekler; gerçek insan kullanımında yıllarca süren dayanıklılık veya klinik güvenilirlik testi değildir.

Poliimid filmin cilt üzerinde uzun süre kalmasının sınırı nedir?

Çalışmanın önemli fakat kolay gözden kaçabilecek sınırlılıklarından biri PI'nin hava ve su geçirgenliğinin düşük olmasıdır. Kaynak, filmin insan derisine uzun süre yapışık bırakılmasının belirgin kızarıklığa, ancak şişme olmaksızın hafif rahatsızlığa neden olabildiğini bildirmektedir.

Bu nedenle araştırmanın “imperceptible” veya yüksek konfor ifadeleri cihazın mekanik inceliğine ilişkindir; bunun günlerce kesintisiz ve tamamen rahatsızlıksız cilt kullanımı anlamına geldiği çıkarılmamalıdır. Sökülebilir ve tekrar takılabilir tasarım bu bağlamda ayrıca önem kazanmaktadır.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Yaklaşık 500 nm kalınlığındaki aktif PI bölgesi, mikro dokulu yüzeylere 5 µm sınıfındaki filmden daha yüksek konformalite sağlayabilmektedir.
• Yaklaşık 5 µm kalınlaştırılmış dairesel kenar, ultra-ince merkez bölgenin taşıma sırasında kırışma ve yırtılmaya karşı korunmasına yardımcı olmaktadır.
• Serpantin köprü tasarımı, uygulanan makroskopik gerinimin ultra-ince sensör adasına aktarılmasını belirgin biçimde azaltmaktadır.
• Kenar desteği ve suyla düşürülen PI–cam arayüz yapışması, ESU filmin ana taşıyıcıdan zarar vermeden serbest bırakılmasını sağlamıştır.
• ESU kuru elektrot insan önkolunda sEMG sinyali kaydedebilmiş ve çalışmanın protokolünde ticari Ag/AgCl elektrottan daha düşük 1 kHz temas empedansı göstermiştir.
• 0,5 µm RTD 0,48 ms T90 tepki süresi göstermiştir.
• Nano-mühendislikli basınç sensörünün en hassas çalışma bölgesinde 62,92 kPa⁻¹ hassasiyet raporlanmıştır.
• ESU elektrotlar 100'den fazla takıp-çıkarma işleminden sonra kullanılabilir durumda kalmıştır.

Çalışmanın kanıtlamadığı sonuçlar

• Cihazların herhangi bir hastalığı teşhis ettiği gösterilmemiştir.
• 100'den fazla yeniden kullanım, sınırsız yeniden kullanılabilirlik anlamına gelmez.
• Bir haftalık elektrot testi uzun dönem klinik güvenlik kanıtı değildir.
• 0,48 ms sıcaklık yanıtı bütün epidermal sıcaklık sensörlerinin aynı performansı göstereceği anlamına gelmez.
• 62,92 kPa⁻¹ basınç hassasiyeti bütün basınç aralığı için sabit değildir.
• ESU platformunun ana taşıyıcıdan ayrılmasının kurban katmansız olması, basınç sensörü dahil tüm alt üretim süreçlerinin kurban katman kullanmadığı anlamına gelmez.
• Cilt replikasındaki %85'in üzerindeki etkin temas çizgisi, yaşayan insan cildinin bütün yüzeyinde %85 temas oranı olarak yorumlanamaz.
• Çalışma seri endüstriyel üretim, sterilizasyon, biyomedikal sertifikasyon veya hastane kullanımını doğrulamamıştır.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Temel ESU film üretimi

PI öncül çözeltisi NMP ile 1:2 hacim oranında seyreltilmiş, 30 dakika karıştırılmış ve kabarcıkları uzaklaştırmak için 30 dakika vakumda bekletilmiştir. Karışım 50 × 50 mm cam üzerine önce 600 rpm'de 9 saniye, ardından 2000 rpm'de 30 saniye spin-coating ile kaplanmıştır.

PI film 60 °C'den 220 °C'ye kadar 20 °C basamaklarla ve her aşamada 10 dakika tutularak kademeli biçimde kürlenmiştir. Oluşan yaklaşık 0,5 µm PI filmde serbest bırakma konturu ProtoLaser R4 sistemiyle 0,1 W ve 100 kHz koşullarında kesilmiştir.

Daha sonra fotosensitif PI katmanı aynı temel spin hızlarıyla kaplanmış, 110 °C'de 4 dakika ön pişirme yapılmış, 200 mJ/cm² pozlanmış, geliştirilmiş ve 110 °C'de 15 dakika post-bake sonrasında kalınlaştırılmış destek geometrisi oluşturulmuştur.

Altın elektrot ve sıcaklık sensörü

ESU PI üzerine magnetron sputtering ile 50 nm Au biriktirilmiştir. Fotolitografi ve KI/I₂/H₂O bazlı yaş aşındırmayla altın desen oluşturulmuş ve cihaz daha sonra suda serbest bırakılmıştır.

Basınç sensörünün özel üretim adımı

Basınç sensöründe Au interdigital elektrotlu ESU yapıdan ayrı olarak, cam üzerine 1:10 oranında seyreltilmiş PAA çözeltisi spin-coating ile uygulanmış ve 85 °C'de 30 dakika kürlenerek suda çözünen kurban katman oluşturulmuştur.

Bunun üzerine 10:1 precursor:curing-agent oranındaki PDMS karışımı toluenle seyreltilerek kaplanmış, 85 °C'de kürlenmiş ve son olarak 150 µg/mL tek duvarlı karbon nanotüp çözeltisi stencil mask üzerinden püskürtülmüştür.

Bu yöntem ayrıntısı, makalenin kurban katmansız ana serbest bırakma yaklaşımının kapsamını doğru yorumlamak açısından önemlidir.

Mekanik optimizasyon

Arayüz yapışma deneyi

Submikrometre PI filmin yapışma kuvveti havada 1,08 ± 0,06 N/m ölçülmüş, su içinde ise kullanılan kuvvet ölçüm düzeninde ölçülebilir yapışma tespit edilmemiştir.

ESU cihazların DI suda serbest bırakılma süresi tasarım ve boyuta göre yaklaşık 10–30 dakika olarak verilmiştir.

Konformal temas ölçümü

Parmak ucu ve önkol cilt replikaları silikon kalıplama yöntemiyle hazırlanmıştır. 0,5 µm ve 5 µm PI filmler profilometri, SEM, optik görüntüleme ve konfokal mikroskopiyle karşılaştırılmıştır.

0,5 µm film parmak izi topografisini yakından takip etmiş; önkol replikası üzerindeki 5 mm çapındaki algılama alanında seçilmiş çap doğrultusunda etkin konformal temas çizgisinin %85'i aştığı hesaplanmıştır.

sEMG elektrot karakterizasyonu

Temas empedansı TH2840B hassas LCR metre ile ölçülmüştür. Kuru kalın elektrot, ticari ıslak Ag/AgCl elektrot ve ESU elektrot bir hafta süreyle karşılaştırılmıştır.

Her gün ilk ölçümün ardından elektrotlar cilde 20 kez takılıp çıkarılmış ve ikinci ölçüm alınmıştır. Böylece bir haftanın sonunda toplam yeniden kullanım sayısı 100'ü aşmıştır.

sEMG ölçümü

İki ESU elektrot önkol üzerine bipolar düzenle yerleştirilmiş ve kavrama sırasında flexor carpi radialis kasından yüzey elektromiyografi sinyali kaydedilmiştir. Farklı kavrama kuvvetleri ve tekrarlanan sabit kavrama görevleri değerlendirilmiştir.

ESU elektrodunun raporlanan sinyal-gürültü oranı 19,92 dB, ticari Ag/AgCl elektrodunki 15,46 dB'dir.

RTD sıcaklık performansı

Basınç sensörü performansı

Direnç tipi nano-mühendislikli basınç sensöründe maksimum hassasiyet bölgesi 62,92 kPa⁻¹, ikinci bölge 33,63 kPa⁻¹ ve daha yüksek basınç bölgesindeki hassasiyet 0,49 kPa⁻¹ olarak verilmiştir.

Çevrim grafiği yaklaşık 4000 yükleme çevrimine kadar performansın tekrarını göstermektedir. Kaynak bunu iyi dayanıklılığın kanıtı olarak yorumlamaktadır.

İnsan katılımcı ve güvenlik sınırı

Çalışmanın Experimental Section bölümünde deneylere katılan gönüllülerden bilgilendirilmiş onam alındığı belirtilmektedir. Ana metinde ayrı bir etik kurul numarası veya kurul adı verilmemektedir.

sEMG ölçümleri insan önkolunda gerçekleştirilmiştir. Buna karşılık cilt yüzeyinin ayrıntılı konformal temas analizinin önemli bölümü silikon cilt ve parmak izi replikaları üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Kaynak ayrıca PI filmin hava ve su geçirgenliğinin sınırlı olması nedeniyle uzun süre ciltte tutulduğunda belirgin kızarıklık ve hafif rahatsızlık görülebildiğini bildirmektedir. Bu nedenle çalışma sürekli ve sınırsız cilt kullanımının güvenli olduğunu göstermemektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Nano-thick freestanding and reusable epidermal electronics via edge-supporting strategy

Yazarlar: Zehan Liu; Shengzhao Wang; Yina He; Chuchao Wang; Qihong Wu; Ran Yang; Xihan Wang; Weifeng Zhang; Weiqiang Hong; Yuan Gao; Yi Li; Mengxi Wu; Junshan Liu.

Eş katkı/eş birinci yazar: Kaynakta eş birinci yazar veya eş katkı bildirimi bulunmamaktadır.

Sorumlu yazarlar: Yi Li, Mengxi Wu ve Junshan Liu.

Kurum 1: State Key Laboratory of High-performance Precision Manufacturing, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning, China.

Kurum 2: Key Laboratory for Micro/Nano Technology and System of Liaoning Province, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning, China.

Kurum 3: AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, Chengdu, Sichuan, China. Yina He bu kurumla ilişkilendirilmiştir.

Dergi: Microsystems & Nanoengineering.

Cilt / makale numarası: Volume 12, Article 292 (2026).

DOI:10.1038/s41378-026-01422-x

Yayınevi / platform: Nature Portfolio / Springer Nature.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Hakem değerlendirmesinden geçmiş, yayımlanmış araştırma makalesidir.

Yayın süreci: 19 Mayıs 2026'da alınmış; 21 Haziran 2026'da revize edilmiş; 13 Temmuz 2026'da kabul edilmiş; 14 Ağustos 2026'da yayımlanmış ve aynı tarihte version of record olarak kaydedilmiştir.

Resmî yayın bağlantısı:Nature / Microsystems & Nanoengineering resmî makale sayfası

Lisans: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).

Telif/görsel notu: Lisans, uygun atıfla ticari olmayan paylaşımı mümkün kılmakla birlikte değiştirilmiş veya uyarlanmış kaynak materyalinin dağıtımına izin vermemektedir. Bu nedenle Verianla makalesinde kaynak şekillerin türevi yeniden çizilmemiştir.

Finansman: Fundamental and Interdisciplinary Disciplines Breakthrough Plan of the Ministry of Education of China (JYB2025XDXM908); Rejuvenating Liaoning Talents Plan of Liaoning Province (XLYC2403098); Science and Technology Innovation Fund of Dalian (2024JJ12GX023 ve 2025JJ12PT021); Dalian University of Technology desteği (DUT25YG255).

Veri erişilebilirliği: Verilerin makul talep üzerine sorumlu yazarlardan temin edilebileceği bildirilmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması olmadığını bildirmiştir.

Katılımcı onamı: Deneylere katılan gönüllülerden bilgilendirilmiş onam alınmıştır. Ana makalede ayrı bir etik kurul adı veya onay numarası belirtilmemektedir.

Yazar katkıları: Zehan Liu, Shengzhao Wang, Chuchao Wang ve Ran Yang cihazları tasarlamış, üretmiş ve karakterize etmiştir. Zehan Liu ve Qihong Wu sinyal toplama devrelerini tasarlayıp üretmiştir. Zehan Liu, Xihan Wang, Weifeng Zhang, Weiqiang Hong ve Yuan Gao verileri analiz etmiş ve şekilleri hazırlamıştır. Zehan Liu, Mengxi Wu ve Junshan Liu makaleyi yazmıştır. Yina He, Yi Li, Mengxi Wu ve Junshan Liu projeyi denetlemiştir.

Kritik kapsam notu — kurban katmanı: Ana ESU platformunun cam taşıyıcıdan suyla serbest bırakılması ayrı bir kurban katman veya aşındırıcı gerektirmez. Bununla birlikte basınç sensörünün PDMS/SWCNT aktif bileşenini hazırlayan özel yöntem bölümünde suda çözünen PAA kurban katmanı kullanılmaktadır. Dolayısıyla “bütün sensör üretimi tamamen kurban katmansızdır” sonucu kaynak tarafından desteklenmez.

Kritik yeniden kullanım sınırı: Yeniden kullanım performansı yaklaşık bir haftalık ve 100'den fazla takıp-çıkarma işlemine dayanmaktadır. Yüzey kontaminasyonunu azaltmak için elektrodun etanolle ve hedef cilt bölgesinin alkollü pamukla temizlenmesi gerekmiştir.

Kritik cilt kullanım sınırı: Kaynak, PI'nin düşük hava ve su geçirgenliği nedeniyle uzun süreli yapışmada cilt kızarıklığı ve hafif rahatsızlık oluşabileceğini bildirmektedir. Çalışma uzun dönem dermatolojik veya klinik güvenlik çalışması değildir.

Bilimsel içerik notu: Bu Verianla açıklaması kaynak çalışmanın ana metni, yöntem bölümü, Şekil 1–5, sayısal sonuçlar ve yayın metadata'sı temel alınarak hazırlanmıştır. Hastalık teşhisi, tedavi başarısı, uzun dönem klinik güvenlik veya seri ticari üretim konusunda kaynakta bulunmayan iddia eklenmemiştir.