Lasergeïnduceerde grafeensensor voor nauwkeurige temperatuur- en spanningsbewaking bij wondverzorging

Penn State University, University Park, PA

Een grote uitdaging bij zelfaangedreven draagbare sensoren voor gezondheidszorgmonitoring is het onderscheiden van verschillende signalen wanneer ze tegelijkertijd optreden. Onderzoekers van Penn State en de Chinese Hebei University of Technology hebben dit probleem aangepakt door een nieuwe eigenschap van een sensormateriaal bloot te leggen, waardoor het team een nieuw type flexibele sensor kon ontwikkelen die zowel temperatuur als fysieke belasting tegelijkertijd, maar afzonderlijk, nauwkeurig kan meten om verschillende signalen nauwkeuriger te lokaliseren.

“Dit unieke sensormateriaal dat we hebben ontwikkeld heeft potentieel belangrijke toepassingen in de monitoring van de gezondheidszorg”, zegt co-corresponderend auteur Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics (ESM) aan Penn State. "Door zowel temperatuurveranderingen als de fysieke vervorming of spanning die door een genezende wond wordt veroorzaakt nauwkeurig te meten en dat te meten door de twee signalen te scheiden, zou dit een revolutie teweeg kunnen brengen in het volgen van wondgenezing. Artsen zouden een veel duidelijker beeld kunnen krijgen van het genezingsproces, door problemen zoals ontstekingen in een vroeg stadium te identificeren."

De onderzoekers probeerden de temperatuur- en spanningssignalen nauwkeurig te meten zonder overspraak door lasergeïnduceerd grafeen, een 2D-materiaal, te gebruiken. Zoals alle 2D-materialen, inclusief gewoon grafeen, is lasergeïnduceerd grafeen één tot enkele atomen dik met unieke eigenschappen, maar met een twist. Laser-geïnduceerd grafeen (LIG) ontstaat wanneer een laser bepaalde koolstofrijke materialen – zoals plastic of hout – verwarmt op een manier die hun oppervlak omzet in een grafeenstructuur. De laser ‘schrijft’ het grafeen feitelijk rechtstreeks op het materiaal, waardoor het een eenvoudige en schaalbare manier wordt om grafeenpatronen te produceren voor elektronica, sensoren en energieapparaten.

LIG is al eerder in verschillende toepassingen gebruikt. Eerder hebben Cheng en zijn team LIG gebruikt voor gassensoren, elektrochemische detectoren voor zweetanalyse, supercondensatoren en meer. De onderzoekers zeiden echter dat ze denken dat ze voor het eerst een nieuwe eigenschap van LIG hebben ontdekt, waardoor deze ideaal is voor een multifunctionele en nauwkeurige sensor.

“In dit specifieke onderzoek kwamen we min of meer op het feit dat dit materiaal ook thermo-elektrische eigenschappen heeft,” zei Cheng. "Wij geloven dat dit de eerste keer is dat iemand heeft gemeld dat door laser geïnduceerd grafeen thermo-elektrische eigenschappen heeft. En dat is erg belangrijk voor wat we hier proberen te doen, namelijk het afzonderlijk meten van zowel temperatuurveranderingen als fysieke belasting of vervorming."

Thermo-elektrische eigenschappen van een materiaal verwijzen naar het vermogen om temperatuurverschillen om te zetten in elektrische spanning en omgekeerd, waardoor dergelijke materialen kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals het oogsten van energie en temperatuurmeting. Volgens Cheng maakt deze nieuw geïdentificeerde thermo-elektrische eigenschap van LIG het gemakkelijk om de twee sensormetingen te scheiden en is deze ideaal voor toepassingen in de gezondheidszorg, zoals een sensor ingebed in een verband.

"Als je materialen hebt die gevoelig zijn voor zowel temperatuur als spanning, kan het lastig zijn om te bepalen welk signaal veranderingen in het materiaal veroorzaakt", zegt Cheng. "Maar door dit thermo-elektrische effect in het lasergeïnduceerde grafeen te gebruiken, kunnen we deze twee metingen feitelijk ontkoppelen. We kunnen naar de elektrische weerstand kijken om informatie over de spanning te krijgen, terwijl we ook de thermische spanning meten om de temperatuur te bepalen. Dit is de reden waarom artsen het zouden kunnen gebruiken om zowel temperatuurschommelingen als fysieke veranderingen op de wondlocatie te volgen en een veel duidelijker beeld te geven van hoe de genezing vordert."

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Adrienne Berard op Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien..