Medicinska sensorer på huden och bärbara hälsoprodukter är viktiga hälsovårdsverktyg som måste vara otroligt flexibla och ultratunna så att de kan röra sig med människokroppen. Dessutom måste tekniken tåla böjning och sträckning, och den måste vara gasgenomsläpplig för att förhindra irritation och obehag. En annan viktig säkerhetsfunktion för dessa enheter är den erforderliga överhettningsskyddskretsen. Detta förhindrar att enheterna överhettas och bränner bäraren. All ny teknik som utvecklas för dessa sensorer måste uppfylla dessa behov.

I en ny artikel visade forskare hur en viktig komponent i sensorerna som kallas en termistor kan konstrueras med hjälp av ett ultratunt fibernät. Termistorer är en typ av motstånd vars resistans varierar avsevärt med temperaturen.

Uppsatsen publicerades online i Advanced Science den 4 september.

"En överhettningsskyddskrets krävs för att undvika förbränning av biologiska vävnader under driften av flexibla enheter. En kandidat är en termistor för positiv temperaturkoefficient (PTC) av polymer, som har en stor ökning av motståndet inom ett smalt temperaturområde", säger Chihiro Okutani. en biträdande professor vid institutionen för elektro- och datateknik vid Shinshu University i Japan.

"För att sådana termistorer ska kunna användas för medicinska sensorer på huden måste de vara töjbara och böjbara ner till flera hundra mikrometer. Det är dock fortfarande utmanande att tillverka en termistor vars temperaturegenskaper inte försämras när de lindas runt en nål med en böjning. radie på mindre än 1 mm."

Det är viktigt för denna teknik att kunna linda runt en nål eftersom sensorer ibland fästs på nålar eller katetrar när de används. För att uppnå detta måste termistorn vara ultratunn. Forskare använde en teknik som kallas elektrospinning för att skapa den ultratunna mesh-typ polymer PTC termistorn. Elektrospinning använder elektricitet för att skapa små fibrer. Fibrerna kan vara gjorda av olika material, men i det här fallet använde forskare en lösning av kompositmaterial.

Den nydesignade termistorn testades sedan för att säkerställa att den uppnådde samma prestanda som befintlig teknik. Liksom typiska termistorer av filmtyp visade polymer-PTC-termistorn av mesh-typ en resistansökning med tre storleksordningar, en viktig egenskap för att förhindra överhettning och brännskador.

Genom att använda en nätstruktur uppnådde termistorn också transparens, vilket kan hjälpa sensorerna att smälta in i huden, och gaspermeabilitet. Gaspermeabilitet är nödvändigt eftersom det förhindrar irritation och obehag. "Vi demonstrerade också hur termistorn lindades runt en 280 mikrometer nål genom att tillverka fibrerna på en 1,4 mikrometer ultratunn film", säger Okutani.

Även med detta fiberskikt, som tjänar till att ge nätstrukturen och ytterligare värmeavkänning, förblev termistorn mycket tunn. Detta är viktigt eftersom alla bärbara medicinska produkter måste tåla böjning och när enheten är tunnare blir det mindre påfrestningar.

Även om denna termistorteknologi är lovande, kommer mer forskning att behöva göras för att göra detta till ett pålitligt alternativ till den nuvarande termistorteknologin på marknaden. En termistor av nättyp har ett högt initialt resistansvärde på grund av dess begränsade antal ledande banor. Forskarna föreslog att att minska avståndet mellan fibrerna i nätet eller öka antalet använda elektroder skulle kunna lösa några av dessa problem, men ytterligare tester kommer att behöva göras.

"Vårt nästa steg är praktiska tillämpningar av de utvecklade termistorerna. Vi tror att de ultraflexibla och gaspermeabla termistorerna kan fungera som överhettningsförebyggande komponenter för på huden eller implanterbara enheter, vilket gör flexibla sensorer säkrare att använda och mer pålitliga", säger Okutani . + Utforska vidare

Forskare gör viktiga framsteg för att skriva ut kretsar på bärbara tyger