En ny vattentålig gassensor kan bäras under näsan för att upptäcka kvävedioxid i andningen, vars koncentration kan indikera potentiella lungsjukdomar. Kredit:Tillhandahålls av Li Yang
Noggrann, kontinuerlig övervakning av kvävedioxid och andra gaser i fuktiga miljöer är nu möjlig, tack vare en ny vattenbeständig gassensor utvecklad av Huanyu "Larry" Cheng, James L. Henderson Jr. Memorial Docent i ingenjörsvetenskap och mekanik, och hans team.
Sensorn detekterar kvävedioxid i andetag, vars koncentration kan indikera potentiella lungsjukdomar, eller i särskilda miljöer för att övervaka luftkvaliteten. Teamets tillvägagångssätt publicerades i Microsystems &Nanoengineering .
Medan Cheng tidigare utvecklat en sensor som var vattentät, kunde den sensorn bara detektera temperatur och rörelse. Cheng har också utvecklat en mycket anpassningsbar gassensor i mikroskala, samt en flexibel, porös och känslig gassensor. Fukt, svett eller annan fuktexponering gjorde dock sensorerna oanvändbara.
"Vi kan inte undvika luftfuktighetsnivåer i miljön, vilket är anledningen till att vi ville betona den fuktbeständiga egenskapen," sa Cheng.
Forskarna använde samma laserinducerade grafen (LIG) - en snabb, kostnadseffektiv och miljövänlig tillverkningsmetod som använder laserskrivning för att montera tvådimensionella grafenlager - som de gjorde för de tidigare gassensorerna. Den här gången lade de dock även till ett mjukt elastomeriskt polymersubstrat och ett fuktbeständigt, semipermeabelt membran på vardera sidan av LIG-avkänningsskiktet.
Den nya sensorn är töjbar och mjuk, vilket gör det möjligt att bära på huden under lång tid, enligt forskarna. Kredit:Tillhandahålls av Li Yang
"Laserinducerad grafen är hydrofil, så det är i sig ett vattenabsorberande material," sa Cheng. "Vatten kommer naturligt att komma ner i materialet och ändra dess egenskaper. Om du har vattenmolekyler som absorberas av sensorn kommer det att ändra responsen. Genom att använda ett semipermeabelt membran med LIG kan vi blockera vattnet eller fukten från utanför men tillåt ändå genomträngning av målgasmolekylen. Eftersom det nya materialet är töjbart och mjukt kan det bäras på huden under lång tid utan att orsaka irritation."
För att testa sensorerna använde forskarna dem för att utvärdera andedräkten hos 30 individer. De fann att sensorsvarsvärdena var mer än fyra gånger högre för patienter som hade kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) eller astma än för de som inte hade det, vilket innebär att personer med KOL eller astma hade mer än fyra gånger så mycket kvävedioxid i deras utandning.
"Med den här sensorn är vi mycket närmare den faktiska tillämpningen av att hjälpa en patient", säger medförfattaren Li Yang, docent vid School of Health Sciences and Biomedical Engineering vid Hebei University of Technology. "Denna sensor kan användas för den tidiga screeningprocessen, för att göra någon medveten om det potentiella tillståndet som kan utvecklas till ett större problem senare, och även för den befintliga KOL- eller astmapatienten att övervaka miljön för potentiell exponering för kvävedioxid så att de kan vidta tidiga förebyggande åtgärder, som att undvika vissa områden med högre kvävedioxidnivåer."
Cheng sa att denna sensor så småningom skulle kunna användas för att övervaka inte bara individuellt välbefinnande utan också för att bättre förstå hälsan hos en befolkning. + Utforska vidare
