Forbedring af bærbare medicinske sensorer med ultratynd mesh

Medicinske sensorer på huden og bærbart sundhedsudstyr er vigtige sundhedsværktøjer, der skal være utroligt fleksible og ultratynde, så de kan bevæge sig med den menneskelige krop. Derudover skal teknologien tåle bøjning og strækning, og den skal være gasgennemtrængelig for at forhindre irritation og ubehag. En anden vigtig sikkerhedsfunktion ved disse enheder er det nødvendige overophedningsbeskyttelseskredsløb. Dette forhindrer enhederne i at overophede og brænde bæreren. Enhver ny teknologi udviklet til disse sensorer skal opfylde disse behov.

I et nyligt papir demonstrerede forskere, hvordan en vigtig komponent af sensorerne kaldet en termistor kan konstrueres ved hjælp af et ultratyndt fibernet. Termistorer er en type modstand, hvis modstand varierer betydeligt med temperaturen.

Artiklen blev offentliggjort online i Advanced Science den 4. september.

"Et overophedningsbeskyttelseskredsløb er påkrævet for at undgå at brænde biologisk væv under driften af ​​fleksible enheder. En kandidat er en polymer positiv temperaturkoefficient (PTC) termistor, som har en stor stigning i modstanden inden for et snævert temperaturområde," sagde Chihiro Okutani. en adjunkt ved Institut for Elektro- og Computerteknik ved Shinshu University i Japan.

"For at sådanne termistorer kan anvendes til medicinske sensorer på huden, skal de være strækbare og bøjelige ned til flere hundrede mikrometer. Det er dog stadig en udfordring at fremstille en termistor, hvis temperaturegenskaber ikke forringes, når de vikles rundt om en nål med en bøjning. radius på mindre end 1 mm."

Det er vigtigt for denne teknologi at være i stand til at vikle sig om en nål, fordi nogle gange er sensorer fastgjort til nåle eller katetre, mens de er i brug. For at opnå dette skal termistoren være ultratynd. Forskere brugte en teknik kaldet elektrospinning til at skabe den ultratynde mesh-type polymer PTC termistor. Elektrospinning bruger elektricitet til at skabe små fibre. Fibrene kan være lavet af forskellige materialer, men i dette tilfælde brugte forskere en opløsning af kompositmaterialer.

Den nydesignede termistor blev derefter testet for at sikre, at den opnåede samme ydeevne som eksisterende teknologi. Ligesom typiske termistorer af filmtypen viste polymer-PTC-termistoren af ​​mesh-typen en stigning i modstanden på tre størrelsesordener, en vigtig egenskab til at forhindre overophedning og forbrændinger.

Ved at bruge en mesh-struktur opnåede termistoren også gennemsigtighed, som kan hjælpe sensorerne med at blande sig ind i huden, og gaspermeabilitet. Gasgennemtrængelighed er nødvendig, fordi det forhindrer irritation og ubehag. "Vi demonstrerede også driften af ​​termistoren viklet omkring en 280 mikrometer nål ved at fremstille fibrene på en 1,4 mikrometer ultratynd film," sagde Okutani.

Selv med dette fiberlag, som tjener til at give maskestrukturen og yderligere varmeføling, forblev termistoren meget tynd. Dette er vigtigt, fordi enhver bærbar medicinsk enhed skal kunne modstå bøjning, og når enheden er tyndere, er der mindre belastning.

Selvom denne termistorteknologi er lovende, skal der gøres mere forskning for at gøre dette til et pålideligt alternativ til den nuværende termistorteknologi på markedet. En termistor af mesh-typen har en høj initial modstandsværdi på grund af dets begrænsede antal ledende baner. Forskerne foreslog, at reduktion af afstanden mellem fibre i nettet eller forøgelse af antallet af anvendte elektroder kunne løse nogle af disse problemer, men yderligere test skal udføres.

"Vores næste skridt er praktiske anvendelser af de udviklede termistorer. Vi tror på, at de ultrafleksible og gasgennemtrængelige termistorer kan fungere som overophedningsforebyggende komponenter til på huden eller implanterbare enheder, hvilket gør fleksible sensorer sikrere at betjene og mere pålidelige," sagde Okutani . + Udforsk yderligere

Forskere gør vigtige fremskridt inden for print af kredsløb på bærbare stoffer