Biosensorer som kan bäras på mänsklig hud eller säkert användas inuti kroppen blir allt vanligare för både medicinska tillämpningar och daglig hälsoövervakning. Att hitta rätt material för att binda ihop sensorerna och fästa dem på ytor är också en viktig del för att göra denna teknik bättre. En färsk studie från Binghamton University, State University of New York erbjuder en möjlig lösning, speciellt för hudapplikationer.

Matthew S. Brown, en fjärdeårs Ph.D. student med biträdande professor Ahyeon Kohs labb vid institutionen för biomedicinsk teknik, fungerade som huvudförfattare för "Electronic-ECM:A Permeable Microporous Elastomer for an Advanced Bio-Integrated Continuous Sensing Platform, " publicerad i tidskriften Avancerad materialteknik .

Studien använder polydimetylsiloxan (PDMS), ett silikonmaterial som är populärt för användning i biosensorer på grund av dess biokompatibilitet och mjuka mekanik. Den används vanligtvis som en solid film, icke-poröst material, vilket kan leda till problem med sensorns andningsförmåga och svettavdunstning.

"I atletisk övervakning, om du har en enhet på huden, svett kan byggas upp under den enheten, ", sade Brown. "Det kan orsaka inflammation och även felaktigheter i kontinuerliga övervakningstillämpningar.

"Till exempel, ett experiment med elektrokardiogram (EKG) analys visade att den porösa PDMS möjliggjorde avdunstning av svett under träning, kan upprätthålla en högupplöst signal. Den icke-porösa PDMS gav inte förmågan för svetten att lätt avdunsta, vilket leder till en lägre signalupplösning efter träning.

Teamet skapade ett poröst PDMS-material genom elektrospinning, en produktionsmetod som gör nanofibrer genom användning av elektrisk kraft.

Under mekanisk provning, forskarna fann att detta nya material fungerade som kollagen och elastiska fibrer i den mänskliga epidermis. Materialet kunde också fungera som ett torrt lim för elektroniken för att kraftigt laminera på huden, för limfri övervakning. Biokompatibilitet och livsduglighetstestning visade också bättre resultat efter sju dagars användning, jämfört med den icke-porösa PDMS-filmen.

"Du kan använda detta i en mängd olika applikationer där du behöver vätskor för att passivt överföra genom materialet - som svett - för att lätt avdunsta genom enheten, sa Brown.

Eftersom materialets permeabla struktur är kapabel till biofluid, små molekyler och gasdiffusion, den kan integreras med mjuk biologisk vävnad som hud, neural och hjärtvävnad med minskad inflammation vid appliceringsstället.

Bland de applikationer som Brown ser är elektronik för långtidsläkning, kroniska sår; andningsbar elektronik för syre- och koldioxidövervakning av andningsorganen; enheter som integrerar mänskliga celler i implanterbara elektroniska enheter; och realtid, kemisk och biologisk övervakning in vitro.

Koh – vars senaste projekt inkluderar svettstödd batterikraft och bioövervakning – beskrev den porösa PDMS-studien som "en hörnsten i min forskning."

"Mitt labb är mycket intresserad av att utveckla ett biointegrerat avkänningssystem bortom bärbar elektronik, " sa hon. "För tillfället, teknologier har utvecklats för att utveckla hållbara och flexibla enheter under de senaste 10 åren. Men vi vill alltid gå ännu längre, att skapa sensorer som kan användas i mer osynliga system som inte bara sitter på huden.

"Koh ser också möjligheterna för detta porösa PDMS-material i en annan forskningslinje som hon bedriver tillsammans med docent Seokheun Choi från institutionen för elektro- och datateknik. Hon och Choi kombinerar sina styrkor för att skapa töjbara papper för mjuk bioelektronik, gör det möjligt för oss att övervaka fysiologiska tillstånd.