Onderzoekers ontwikkelen nieuwe op grafiet gebaseerde sensortechnologie voor draagbare medische apparaten

Onderzoekers van AMBER, het SFI Center for Advanced Materials and BioEngineering Research en van Trinity’s School of Physics hebben de volgende generatie op grafeen gebaseerde sensortechnologie ontwikkeld met behulp van hun innovatieve G-Putty-materiaal.

De geprinte sensoren van het team zijn 50 keer gevoeliger dan de industriestandaard en presteren beter dan andere vergelijkbare nanosensoren in een belangrijke statistiek die wordt gezien als een doorbraak in de industrie: flexibiliteit.

Door de gevoeligheid en flexibiliteit te maximaliseren zonder de prestaties te verminderen, is de technologie van de teams een ideale kandidaat voor de opkomende gebieden van draagbare elektronica en medische diagnostische apparaten.

Het team – geleid door professor Jonathan Coleman van Trinity’s School of Physics, een van ’s werelds toonaangevende nanowetenschappers – toonde aan dat ze een goedkope, geprinte, grafeen nanocomposiet-spanningssensor kunnen produceren.

Door inkten met verschillende viscositeiten (vloeibaarheid) te maken en te testen, ontdekte het team dat ze G-Putty-inkten konden aanpassen aan de printtechnologie en toepassing.

Ze publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Klein.

In medische omgevingen zijn spanningssensoren een zeer waardevol diagnostisch hulpmiddel dat wordt gebruikt om veranderingen in mechanische belasting, zoals polsslag, of de veranderingen in het slikvermogen van een slachtoffer van een beroerte te meten. Een spanningssensor detecteert deze mechanische verandering en zet deze om in een proportioneel elektrisch signaal, waardoor hij als mechanisch-elektrische omzetter fungeert.

Hoewel spanningssensoren momenteel op de markt verkrijgbaar zijn, zijn ze meestal gemaakt van metaalfolie die beperkingen oplegt op het gebied van draagbaarheid, veelzijdigheid en gevoeligheid.

Professor Coleman zei:

“Mijn team en ik hebben eerder nanocomposieten van grafeen gemaakt met polymeren zoals die in elastiekjes en gekke stopverf worden aangetroffen. We hebben nu G-stopverf, onze zeer kneedbare met grafeen vermengde gekke stopverf, omgezet in een inktmengsel met uitstekende mechanische en elektrische eigenschappen. Onze inkten hebben het voordeel dat ze kunnen worden omgezet in een werkend apparaat met behulp van industriële printmethoden, van zeefdruk tot aerosol en mechanische depositie.

“Een bijkomend voordeel van ons zeer goedkope systeem is dat we tijdens het fabricageproces een verscheidenheid aan verschillende parameters kunnen regelen, waardoor we de gevoeligheid van ons materiaal kunnen afstemmen op specifieke toepassingen die de detectie van heel minuscule spanningen vereisen.”

De huidige markttrends op de wereldwijde markt voor medische apparatuur geven aan dat dit onderzoek goed geplaatst is in de overgang naar gepersonaliseerde, instelbare, draagbare sensoren die gemakkelijk in kleding kunnen worden ingebouwd of op de huid kunnen worden gedragen.

In 2020 werd de markt voor draagbare medische apparatuur geschat op $ 16 miljard met de verwachting voor een aanzienlijke groei, met name in apparaten voor patiëntbewaking op afstand, en een toenemende focus op fitness- en levensstijlbewaking.

Het team is ambitieus in het vertalen van het wetenschappelijke werk naar product. Dr.Daniel O’Driscoll, Trinity’s School of Physics, voegde toe:

“De ontwikkeling van deze sensoren betekent een aanzienlijke stap voorwaarts op het gebied van draagbare diagnostische apparaten – apparaten die kunnen worden geprint in aangepaste patronen en comfortabel op de huid van een patiënt kunnen worden bevestigd om een ​​reeks verschillende biologische processen te volgen.

“We onderzoeken momenteel toepassingen om realtime ademhaling en hartslag, gewrichtsbeweging en gang, en vroege bevalling tijdens de zwangerschap te volgen. Omdat onze sensoren een hoge gevoeligheid, stabiliteit en een groot detectiebereik combineren met de mogelijkheid om op maat gemaakte patronen af ​​te drukken op flexibele, draagbare substraten, kunnen we de sensor afstemmen op de toepassing. De methoden die worden gebruikt om deze apparaten te produceren, zijn goedkoop en gemakkelijk schaalbaar – essentiële criteria voor het produceren van een diagnostisch apparaat voor grootschalig gebruik. ”