Team bruger guld nanotråde til at udvikle en bærbar sensor, der måler to biosignaler

Et forskerhold ledet af professor Sei Kwang Hahn og Dr. Tae Yeon Kim fra Institut for Materialevidenskab og Teknologi ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH) brugte guld nanotråde til at udvikle en integreret bærbar sensorenhed, der effektivt måler og behandler to bio -signaler samtidigt. Deres forskningsresultater blev omtalt i Advanced Materials .

Bærbare enheder, tilgængelige i forskellige former som vedhæftede filer og plastre, spiller en central rolle i detektering af fysiske, kemiske og elektrofysiologiske signaler til sygdomsdiagnose og -behandling. Nylige fremskridt i forskningen fokuserer på at udvikle wearables, der er i stand til at måle flere biosignaler samtidigt.

En stor udfordring har imidlertid været de forskellige materialer, der er nødvendige for hver signalmåling, hvilket har ført til grænsefladeskader, kompleks fremstilling og reduceret enhedsstabilitet. Derudover kræver disse varierede signalanalyser yderligere signalbehandlingssystemer og algoritmer.

Holdet tacklede denne udfordring ved hjælp af forskellige former af guld (Au) nanotråde. Mens sølv (Ag) nanotråde, kendt for deres ekstreme tyndhed, lethed og ledningsevne, almindeligvis bruges i bærbare enheder, smeltede holdet dem sammen med guld. Til at begynde med udviklede de bulk guld nanotråde ved at belægge ydersiden af ​​sølv nanotrådene og undertrykke det galvaniske fænomen.

Efterfølgende skabte de hule guld nanotråde ved selektivt at ætse sølvet fra de guldbelagte nanotråde. Bulk guld nanotrådene reagerede følsomt på temperaturvariationer, hvorimod de hule guld nanotråde viste høj følsomhed over for små ændringer i belastningen.

Disse nanotråde blev derefter mønstret på et substrat lavet af styren-ethylen-butylen-styren (SEBS) polymer, sømløst integreret uden adskillelser. Ved at udnytte to typer guld nanotråde, hver med forskellige egenskaber, konstruerede de en integreret sensor, der var i stand til at måle både temperatur og belastning.

Derudover konstruerede de et logisk kredsløb til signalanalyse, ved at bruge den negative gauge-faktor, der er et resultat af at indføre mikrometerskala-korrugeringer i mønsteret. Denne tilgang førte til den succesrige skabelse af et intelligent bærbart enhedssystem, der ikke kun fanger, men også analyserer signaler samtidigt, alt sammen ved hjælp af et enkelt materiale af Au.

Holdets sensorer udviste en bemærkelsesværdig præstation til at detektere subtile muskelrystelser, identificere hjerteslagsmønstre, genkende tale gennem stemmebåndsrystelser og overvåge ændringer i kropstemperaturen. Navnlig opretholdt disse sensorer høj stabilitet uden at forårsage skade på materialets grænseflader. Deres fleksibilitet og fremragende strækbarhed gjorde det muligt for dem at tilpasse sig den buede hud problemfrit.

Professor Sei Kwang Hahn udtalte:"Denne forskning understreger potentialet for udviklingen af ​​en futuristisk bioelektronikplatform, der er i stand til at analysere en bred vifte af biosignaler." Han tilføjede:"Vi forestiller os nye muligheder på tværs af forskellige industrier, herunder sundhedspleje og integrerede elektroniske systemer."

Flere oplysninger: Tae Yeon Kim et al., Multifunktionelle intelligente bærbare enheder, der bruger logiske kredsløb af monolitiske guld nanotråde, avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202303401

Journaloplysninger: Avanceret materiale

Leveret af Pohang University of Science and Technology