Laser-geïnduceerde Grafene Sensor Voor Precieze Temperatuur- En Rekmonitoring In Wondzorg

Penn State University, University Park, PA

De flexibele sensor, ideaal voor gebruik in het menselijk lichaam, gebruikt laser-geïnduceerde grafene om tegelijkertijd maar apart temperatuur en rek te meten, potentieel betere wondhelingmonitoring mogelijk makend door helderere inzichten in ontsteking en herstel. (Afbeelding: Jennifer M. McCann/ Penn State)

Een grote uitdaging in zelf-gevoede draagbare sensoren voor gezondheidszorgmonitoring is het onderscheiden van verschillende signalen wanneer ze tegelijkertijd optreden. Onderzoekers van Penn State en China's Hebei University of Technology adresseren dit probleem door een nieuwe eigenschap van een sensormateriaal te ontdekken, wat het team in staat stelde een nieuw type flexibele sensor te ontwikkelen die zowel temperatuur als fysieke rek nauwkeurig tegelijkertijd maar apart kan meten om verschillende signalen nauwkeuriger te lokaliseren.

"Dit unieke sensormateriaal dat we ontwikkeld hebben heeft potentiëel belangrijke toepassingen in gezondheidszorgmonitoring," zei Co-Corresponding Author Huanyu "Larry" Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics (ESM) aan Penn State. "Door zowel temperatuurveranderingen als fysieke vervorming of rek gecreëerd door een helende wond nauwkeurig te meten en die te meten door de twee signalen te scheiden, zou het de tracking van wondheling kunnen revolutioneren. Artsen konden een veel helderder beeld krijgen van het helingsproces, vroege problemen zoals ontsteking identificeren."

De onderzoekers stelden zich ten doel om temperatuur- en reksignalen nauwkeurig te meten zonder cross-talk door gebruik te maken van laser-geïnduceerde grafene, een 2D materiaal. Als alle 2D materialen inclusief gewone grafene, is laser-geïnduceerde grafene één tot een paar atomen dik met unieke eigenschappen, maar met een twist. Laser-geïnduceerde grafene (LIG) ontstaat wanneer een laser bepaalde koolstofrijke materialen – zoals plastic of hout – op een manier verhitte die hun oppervlak omzet in een grafene structuur. De laser 'schrijft' de grafene direct op het materiaal, wat het een eenvoudige en schaalbare manier maakt om grafene patronen voor elektronica, sensoren en energietoepassingen te produceren.

LIG is eerder in diverse toepassingen gebruikt. Vroeger hebben Cheng en zijn team LIG gebruikt voor gassensoren, electrochemische detectoren voor zweetanalyse, supercondensatoren, en meer. Echter, de onderzoekers zeiden ze geloven ze een nieuwe eigenschap van LIG voor de eerste keer te hebben ontdekt die het ideaal maakt voor een multi-doel en nauwkeurige sensor.

"In deze specifieke studie stoten we eigenlijk op het feit dat dit materiaal ook thermoelektrische eigenschappen heeft," zei Cheng. "We geloven dit is de eerste keer dat iemand laser-geïnduceerde grafene met thermoelektrische capaciteiten rapporteert. En dat is echt belangrijk voor wat we hier proberen te doen, namelijk zowel temperatuurveranderingen als fysieke rek of vervorming apart te meten."

Thermoelektrische eigenschappen in een materiaal verwijzen naar het vermogen om temperatuurverschillen om te zetten in elektrische spanning en vice versa, wat dergelijke materialen in staat stelt te worden gebruikt voor toepassingen zoals energie-oogst en temperatuursensing. Volgens Cheng maakt deze nieuw geïdentificeerde thermoelektrische eigenschap van LIG het gemakkelijk om de twee sensormetingen te scheiden en ideaal voor gezondheidszorgtoepassingen zoals een sensor in een verband verwerkt.

"Wanneer je materialen hebt die gevoelig zijn voor zowel temperatuur als rek, kan het lastig zijn om te vertellen welk signaal veranderingen in het materiaal veroorzaakt," zei Cheng. "Maar door dit thermoelektrische effect in de laser-geïnduceerde grafene te gebruiken, kunnen we die twee metingen essentieel ontkoppelen. We kunnen kijken naar de elektrische weerstand om informatie over de rek te krijgen, terwijl we ook de thermische spanning meten om de temperatuur te bepalen. Dit is waarom artsen het kunnen gebruiken om zowel temperatuurschommelingen als fysieke veranderingen in de wondlocatie te volgen en een veel helderder beeld te geven van hoe de heling voortschrijdt."

Voor meer informatie, contacteer Adrienne Berard op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. Je hebt JavaScript nodig om het te bekijken..