Zacht en comfortabel e-textiel dat kan worden gebruikt om fotoplenthysmografie te meten

Vooruitgang in draagbare apparaten heeft e-textiel mogelijk gemaakt, dat lichtgewicht en comfortabel textiel combineert met slimme elektronica, en de aandacht trekt als de volgende generatie draagbare technologie. Met name elektronische apparaten met vezels die elektrische eigenschappen hebben, terwijl ze de specifieke eigenschappen van textiel behouden, zijn sleutelelementen bij de productie van e-textiel.

Opto-elektronische apparaten worden over het algemeen geconstrueerd met behulp van lagen halfgeleiders, elektroden en isolatoren; hun prestatie wordt sterk beïnvloed door de grootte en structuur van de elektroden. Elektronische vezelcomponenten voor e-textiel moeten op dunne, buigzame draden worden vervaardigd; aangezien deze apparaten niet breder kunnen zijn dan schroefdraad met een diameter van enkele micrometers, is het een uitdaging om de prestaties van dergelijke elektronische vezelcomponenten te verbeteren. Een team van Koreaanse wetenschappers heeft echter aandacht gekregen na het ontwikkelen van een nieuwe technologie om deze beperkingen te overwinnen.

Een team van onderzoekers, geleid door dr.Hyunjung Yi en dr.Jung Ah Lim, van het Post-silicon Semiconductor Institute van het Korea Institute of Science and Technology (KIST), kondigde aan dat ze een techniek hebben ontwikkeld om elektronische vezelcomponenten te vervaardigen, zoals als transistors en fotodiodes, met gewenste elektrodestructuren door wikkelen. Specifiek kan de gewenste elektrode-array worden vervaardigd met behulp van een inkjetprinter, en een elektrodedraad bedekt met een halfgeleideroppervlak wordt bovenop deze elektroden gerold.

In 2019 ontwikkelden dr.Yi en haar onderzoeksteam een ​​techniek om een ​​elektrode-array op een bepaald oppervlak te bouwen door koolstof nanobuisjes (CNT) -inkt af te drukken op een sjabloon gemaakt van een hydrofiele hydrogel en de CNT-inkt over te brengen naar het gewenste oppervlak (Nano Letters 2019, 19, 3684-3691). Eenmaal gedrukt op de hydrogel, gedragen de CNT-elektroden zich op dezelfde manier als drijvend op water. Daarom voorspelden de onderzoekers de mogelijkheid om dergelijke elektroden intact over te brengen naar de oppervlakken van vezels door de vezels op de elektroden te rollen. In een gezamenlijke studie met Dr. Lim en haar team waren de onderzoekers in staat om hoogwaardige elektronische vezelcomponenten te ontwikkelen zonder de halfgeleiderlaag of CNT-elektroden te beschadigen. De vezeltransistors omwikkeld met CNT-elektroden behielden stabiele prestaties van ten minste 80%, zelfs met een scherpe buigradius van 1,75 mm.

Gebruikmakend van de semi-transparante eigenschap van de CNT-elektrode, zijn de onderzoekers er ook in geslaagd om vezelfotodiodes te ontwikkelen om licht te detecteren door de CNT-elektroden rond elektrodedraden te wikkelen die zijn bedekt met een halfgeleider die stroom produceert bij absorptie van licht. De vezelfotodiodes kunnen een breed scala aan zichtbaar licht detecteren en hebben uitstekende gevoeligheden die vergelijkbaar zijn met die van starre componenten. De onderzoekers maakten een handschoen van een stof met daarin deze fotodiodes en light-emitting diodes (leds). De LED’s produceren licht en de fotodiodes meten de intensiteit van het licht dat door de vingers wordt gereflecteerd en dat verandert volgens de bloedstroom. Zo kan de handschoen worden gebruikt om de hartslag van de drager te meten.

Dr. Lim verklaarde dat “de door ons ontwikkelde vingerhandschoenpulsmonitor een alternatief zou kunnen bieden voor conventionele clip-type pulsmonitoring-apparaat. Het heeft de voordelen dat het beter benaderbaar is voor patiënten vanwege de comfortabele en zachte textuur en dat het de puls in realtime op elk moment en op elke plaats. ” Dr. Yi, de mede-onderzoeker, verklaarde: “Dit onderzoek biedt een nieuwe benadering van elektrodefabricage, wat een belangrijk probleem blijft om op te lossen bij de ontwikkeling van glasvezeltoestellen. We verwachten dat deze bevindingen het veld vooruit zouden helpen bij het verbeteren van de prestaties van glasvezel-elektronische componenten voor de ontwikkeling van elektronische glasvezelapparaten met complexe schakelingen. ”