Лазерно-индуцированный датчик графена для точного мониторинга температуры и деформации при лечении ран

Государственный университет Пенсильвании, Юниверсити-Парк, Пенсильвания

Основной проблемой при разработке носимых датчиков с автономным питанием для мониторинга здравоохранения является различение разных сигналов, когда они возникают одновременно. Исследователи из Пенсильванского университета и Китайского технологического университета Хэбэй решили эту проблему, открыв новое свойство материала датчика, что позволило команде разработать новый тип гибкого датчика, который может точно измерять как температуру, так и физическую нагрузку одновременно, но по отдельности, чтобы более точно определять различные сигналы.

«Этот уникальный сенсорный материал, который мы разработали, имеет потенциально важное применение в мониторинге здравоохранения», — сказал соавтор Хуаньюй «Ларри» Ченг, доцент кафедры инженерных наук и механики (ESM) Мемориала Джеймса Л. Хендерсона-младшего в штате Пенсильвания. "Точно измеряя как изменения температуры, так и физическую деформацию или напряжение, создаваемые заживающей раной, и измеряя их путем разделения двух сигналов, можно совершить революцию в отслеживании заживления ран. Врачи смогут получить гораздо более четкую картину процесса заживления, выявляя такие проблемы, как воспаление, на ранних стадиях".

Исследователи стремились точно измерить сигналы температуры и деформации без перекрестных помех, используя лазерно-индуцированный графен, двумерный материал. Как и все двумерные материалы, включая обычный графен, лазерно-индуцированный графен имеет толщину от одного до нескольких атомов и обладает уникальными свойствами, но с изюминкой. Лазерно-индуцированный графен (LIG) образуется, когда лазер нагревает определенные богатые углеродом материалы, такие как пластик или дерево, таким образом, что их поверхность преобразуется в графеновую структуру. По сути, лазер «записывает» графен непосредственно на материал, что делает его простым и масштабируемым способом создания графеновых рисунков для электроники, датчиков и энергетических устройств.

LIG ранее использовался в различных приложениях. Ранее Ченг и его команда использовали LIG для датчиков газа, электрохимических детекторов для анализа пота, суперконденсаторов и многого другого. Однако исследователи заявили, что, по их мнению, они впервые обнаружили новое свойство LIG, которое делает его идеальным для многоцелевого и точного датчика.

«В этом конкретном исследовании мы как бы наткнулись на тот факт, что этот материал также обладает термоэлектрическими свойствами», — сказал Ченг. "Мы считаем, что впервые кто-либо сообщил о том, что графен, индуцированный лазером, обладает термоэлектрическими способностями. И это действительно важно для того, что мы пытаемся сделать здесь, а именно для отдельного измерения как изменений температуры, так и физического напряжения или деформации".

Термоэлектрические свойства материала относятся к способности преобразовывать разницу температур в электрическое напряжение и наоборот, что позволяет использовать такие материалы для таких приложений, как сбор энергии и измерение температуры. По словам Ченга, это недавно обнаруженное термоэлектрическое свойство LIG позволяет легко разделить измерения двух датчиков и идеально подходит для медицинских приложений, таких как датчик, встроенный в повязку.

«Когда у вас есть материалы, чувствительные как к температуре, так и к деформации, может быть сложно определить, какой сигнал вызывает изменения в материале», — сказал Ченг. "Но, используя этот термоэлектрический эффект в графене, индуцированном лазером, мы можем по существу разделить эти два измерения. Мы можем смотреть на электрическое сопротивление, чтобы получить информацию о деформации, а также измерять тепловое напряжение, чтобы определить температуру. Именно поэтому врачи могут использовать его для отслеживания как температурных колебаний, так и физических изменений в месте раны, и дать гораздо более четкую картину того, как продвигается заживление".

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Адриенн Берар по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.