Lasergeïnduceerde grafeensensoren betaalbaar gemaakt met stencilmaskering

Onderzoekers van de Universiteit van Hawai’i in Mānoa hebben een nieuwe techniek onthuld die de productie van draagbare gezondheidssensoren toegankelijker en betaalbaarder zou kunnen maken.

Draagbare sensoren zijn van cruciaal belang bij het continu monitoren van vitale functies en andere gezondheidsindicatoren en bieden realtime gezondheidsinzichten die proactieve en gepersonaliseerde medische zorg mogelijk maken. De productie van deze apparaten vereist echter vaak gespecialiseerde faciliteiten en technische expertise, waardoor de toegankelijkheid en wijdverbreide acceptatie ervan wordt beperkt.

Het team, onder leiding van assistent-professor Tyler Ray van de afdeling Werktuigbouwkunde (College of Engineering) en de afdeling Cel- en Moleculaire Biologie (John A. Burns School of Medicine), introduceerde een goedkope, op stencils gebaseerde methode voor het produceren van sensoren gemaakt van lasergeïnduceerd grafeen (LIG), een belangrijk materiaal dat wordt gebruikt in draagbare detectieplatforms.

“Deze vooruitgang stelt ons in staat hoogwaardige draagbare sensoren te maken met grotere precisie en tegen lagere kosten”, aldus Ray. “Door tijdens het laserpatroonvormingsproces een eenvoudige metalen stencil te gebruiken, hebben we een belangrijke beperking van het traditionele fabricageproces overwonnen, wat nieuwe mogelijkheden opent voor sensorontwerp en functionaliteit.”

Door gebruik te maken van in de handel verkrijgbare metalen stencils kon het UH Mānoa-team de minimale featuregrootte terugbrengen van ongeveer 120 micrometer naar slechts 45 micrometer. Dit maakt de creatie van complexere sensorontwerpen mogelijk, zoals fijnlijnige microarray-elektroden, die voorheen moeilijk te realiseren waren met standaard laserverwerking.

“We hebben de bruikbaarheid van onze methode gedemonstreerd door temperatuursensoren en elektrochemische sensoren met meerdere elektroden te vervaardigen”, legt Ray uit. “Deze apparaten vertoonden verbeterde prestaties, die we toeschrijven aan de verbeterde resolutie en kwaliteit van de grafeenpatronen.”

De studie was gepubliceerd in Biosensoren en bio-elektronica als onderdeel van de hoogtepuntenreeks van het tijdschrift ‘Young Scientists in the Americas’.

De hoofdauteur van het onderzoek was Kaylee M. Clark, met co-auteurs Deylen T. Nekoba en Kian La’i Viernes van de afdeling Werktuigbouwkunde, en Jie Zhou van de afdeling Elektrotechniek en Computertechniek.

Deze innovatie bouwt voort op Ray’s eerdere werk aan de ‘sweatainer’, een 3D-geprinte draagbare zweetsensor die zweet verzamelt en analyseert om inzicht te geven in verschillende gezondheidsproblemen zoals uitdroging, vermoeidheid en ernstige ziekten zoals diabetes.

De s-LIG-methode vergroot het potentieel voor toegankelijke technologieën voor gezondheidsmonitoring verder door schaalbare fabricage van hoogwaardige sensoren mogelijk te maken zonder afhankelijk te zijn van traditionele, hulpbronnenintensieve fabricagetrajecten.