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研究人员为可穿戴医疗设备开发了新的基于石墨的传感器技术

AMBER、SFI 先进材料和生物工程研究中心以及三一物理学院的研究人员使用他们创新的 G-Putty 材料开发了下一代基于石墨烯的传感技术。该团队的印刷传感器的灵敏度比行业标准高50倍,并且在行业中被视为改变游戏规则的一项重要指标:灵活性方面,其性能优于其他同类的纳米传感器。

在不降低性能的情况下最大限度地提高灵敏度和灵活性,使团队的技术成为可穿戴电子和医疗诊断设备新兴领域的理想选择。

该团队由世界领先的纳米科学家之一三一物理学院的 Jonathan Coleman 教授领导,他们证明他们可以生产低成本的印刷石墨烯纳米复合应变传感器。

创建和测试不同粘度(流动性)的墨水,团队发现他们可以根据打印技术和应用定制 G-Putty 墨水。

他们在《Small》杂志上发表了他们的研究结果。

在医疗环境中,应变传感器是一种非常有价值的诊断工具,用于测量机械应变的变化,例如脉搏率或中风患者吞咽能力的变化。应变传感器的工作原理是检测这种机械变化并将其转换为成比例的电信号,从而充当机电转换器。

虽然目前市场上有应变传感器,但它们大多由金属箔制成,这在耐磨性、多功能性和灵敏度方面存在局限性。

科尔曼教授说:

“我和我的团队之前已经用橡胶带和腻子中的聚合物制造了石墨烯纳米复合材料。我们现在已经将 G-putty(我们的高延展性石墨烯混合腻子)转变为具有优异机械和电气性能的油墨混合物。我们的墨水的优势在于,它们可以使用工业印刷方法(从丝网印刷到气溶胶和机械沉积)转变为工作设备。

“我们的低成本系统的另一个好处是我们可以在制造过程中控制各种不同的参数,这使我们能够针对需要检测真正微小应变的特定应用调整材料的灵敏度。”

全球医疗器械市场的当前市场趋势表明,这项研究非常适合向个性化、可调谐、可穿戴传感器的发展,这些传感器可以轻松融入衣服或佩戴在皮肤上。

2020 年,可穿戴医疗设备市场价值 160 亿美元,预计将出现显着增长,尤其是远程患者监测设备以及对健康和生活方式监测的日益关注。

该团队雄心勃勃地将科学工作转化为产品。三一物理学院的 Daniel O'Driscoll 博士补充说:

“这些传感器的开发代表了可穿戴诊断设备领域向前迈进了一大步——这些设备可以以定制的图案打印并舒适地安装在患者的皮肤上,以监测一系列不同的生物过程。

“我们目前正在探索监测实时呼吸和脉搏、关节运动和步态以及妊娠早期分娩的应用。因为我们的传感器结合了高灵敏度、稳定性和大传感范围以及在柔性上打印定制图案的能力, “可穿戴基板,我们可以根据应用定制传感器。用于生产这些设备的方法成本低且易于扩展——这是生产大规模使用的诊断设备的基本标准。”

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