En forskargrupp ledd av professor Sei Kwang Hahn och Dr. Tae Yeon Kim från Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH) använde guld nanotrådar för att utveckla en integrerad bärbar sensorenhet som effektivt mäter och bearbetar två bio -signaler samtidigt. Deras forskningsresultat presenterades i Advanced Materials .
Bärbara enheter, tillgängliga i olika former som tillbehör och plåster, spelar en avgörande roll för att upptäcka fysiska, kemiska och elektrofysiologiska signaler för sjukdomsdiagnostik och hantering. De senaste framstegen i forskningen fokuserar på att ta fram bärbara enheter som kan mäta flera biosignaler samtidigt.
En stor utmaning har dock varit de olika material som behövs för varje signalmätning, vilket har lett till gränssnittsskador, komplex tillverkning och minskad enhetsstabilitet. Dessutom kräver dessa varierade signalanalyser ytterligare signalbehandlingssystem och algoritmer.
Teamet tacklade denna utmaning med hjälp av olika former av guld (Au) nanotrådar. Medan silver (Ag) nanotrådar, kända för sin extrema tunnhet, lätthet och konduktivitet, ofta används i bärbara enheter, smälte teamet ihop dem med guld. Till en början utvecklade de nanotrådar i bulk genom att belägga utsidan av silvernanotrådarna, vilket undertryckte det galvaniska fenomenet.
Därefter skapade de ihåliga guld nanotrådar genom att selektivt etsa silvret från de guldbelagda nanotrådarna. Bulk guld nanotrådarna reagerade känsligt på temperaturvariationer, medan de ihåliga guld nanotrådarna visade hög känslighet för små förändringar i töjningen.
Dessa nanotrådar mönstrades sedan på ett substrat tillverkat av styren-etylen-butylen-styren (SEBS) polymer, sömlöst integrerad utan separationer. Genom att utnyttja två typer av guld nanotrådar, var och en med distinkta egenskaper, konstruerade de en integrerad sensor som kan mäta både temperatur och spänning.
Dessutom konstruerade de en logisk krets för signalanalys, med användning av den negativa gauge-faktorn som är resultatet av att introducera korrugeringar i mikrometerskala i mönstret. Detta tillvägagångssätt ledde till det framgångsrika skapandet av ett intelligent bärbart enhetssystem som inte bara fångar utan också analyserar signaler samtidigt, allt med ett enda material av Au.
Teamets sensorer uppvisade enastående prestanda när det gäller att upptäcka subtila muskelskakningar, identifiera hjärtslagsmönster, känna igen tal genom stämbandsskakningar och övervaka förändringar i kroppstemperatur. Dessa sensorer bibehöll hög stabilitet utan att skada materialgränssnitten. Deras flexibilitet och utmärkta töjbarhet gjorde det möjligt för dem att anpassa sig till böjd hud sömlöst.
Professor Sei Kwang Hahn sa:"Denna forskning understryker potentialen för utvecklingen av en futuristisk bioelektronikplattform som kan analysera en mängd olika biosignaler." Han tillade, "Vi föreställer oss nya möjligheter inom olika branscher, inklusive hälsovård och integrerade elektroniska system."
Mer information: Tae Yeon Kim et al, Multifunktionella intelligenta bärbara enheter som använder logiska kretsar av monolitiska guldnanotrådar, Avancerat material (2023). DOI:10.1002/adma.202303401
Journalinformation: Avancerat material
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
