Лазерно-индуцированный графеновый сенсор для точного мониторинга температуры и деформации при заживлении ран

Университет Пеннстейт, Юниверсити Парк, PA

Гибкий сенсор, идеальный для использования в теле человека, использует лазерно-индуцированный графен для одновременного, но отдельного измерения температуры и деформации, потенциально позволяя лучший мониторинг заживления ран за счёт более ясных инсайтов во воспаление и восстановление. (Изображение: Jennifer M. McCann/ Penn State)

Главная проблема в самопитании носимых сенсорах для мониторинга здоровья — различение разных сигналов, когда они происходят одновременно. Исследователи из Пеннстейта и китайского Хэбэйского университета технологий решили эту проблему, обнаружив новое свойство сенсорного материала, что позволило команде разработать новый тип гибкого сенсора, способного точно измерять как температуру, так и физическую деформацию одновременно, но раздельно, для более точного определения различных сигналов.

«Этот уникальный сенсорный материал, который мы разработали, имеет потенциально важные применения в мониторинге здравоохранения», — сказал соавтор-корреспондент Хуанью «Ларри» Чэн, ассоциированный профессор инженерной науки и механики (ESM) в Пеннстейте имени Джеймса Л. هندерсона-младшего. «Точно измеряя как изменения температуры, так и физическую деформацию или напряжение, создаваемое заживляющей раной, и измеряя их раздельно двух сигналов, это может революционизировать отслеживание заживления ран. Врачи могли бы получить гораздо более ясную картину процесса заживления, выявляя проблемы вроде воспаления на ранней стадии».

Исследователи стремились точно измерять температурные и деформационные сигналы без перекрестных помех, используя лазерно-индуцированный графен, 2D-материал. Как и все 2D-материалы, включая обычный графен, лазерно-индуцированный графен имеет толщину в один-несколько атомов с уникальными свойствами, но с поворотом. Лазерно-индуцированный графен (LIG) образуется, когда лазер нагревает определённые углеродосодержащие материалы — вроде пластика или дерева — способом, конвертирующим их поверхность в графеновую структуру. Лазер по сути «пишет» графен прямо на материале, делая это простым и масштабируемым способом производства графеновых паттернов для электроники, сенсоров и энергетических устройств.

LIG ранее использовался в различных приложениях. Ранее Чэн и его команда использовали LIG для газовых сенсоров, электрохимических детекторов анализа пота, суперконденсаторов и многого другого. Однако исследователи сказали, что они считают, что открыли новое свойство LIG в первый раз, делающее его идеальным для многозадачного и точного сенсора.

«В этом конкретном исследовании мы случайно наткнулись на то, что этот материал также обладает термоэлектрическими свойствами», — сказал Чэн. «Мы считаем, что это первый раз, когда кто-либо сообщает о термоэлектрических способностях лазерно-индуцированного графена. И это действительно важно для того, что мы пытаемся сделать здесь — раздельно измерять и изменения температуры, и физическое напряжение или деформацию».

Термоэлектрические свойства в материале относятся к способности конвертировать температурные различия в электрическое напряжение и наоборот, позволяя таким материалам использоваться для применений вроде сбора энергии и температурного сенсинга. Согласно Чэну, это вновь идентифицированное термоэлектрическое свойство LIG делает лёгким разделение двух измерений сенсора и идеальным для применений в здравоохранении, таких как сенсор, встроенный в бинт.

«Когда у вас есть материалы, чувствительные и к температуре, и к деформации, может быть сложно сказать, какой сигнал вызывает изменения в материале», — сказал Чэн. «Но используя этот термоэлектрический эффект в лазерно-индуцированном графене, мы можем по сути развязать эти два измерения. Мы можем смотреть на электрическое сопротивление, чтобы получить информацию о деформации, в то время как также измеряем термическое напряжение для определения температуры. Именно поэтому врачи могли бы использовать его для отслеживания и температурных флуктуаций, и физических изменений в месте раны и получать гораздо более ясную картину того, как прогрессирует заживление».

Для дополнительной информации свяжитесь с Адрианной Берард по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..