Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Το δέρμα μπορεί να στείλει ορισμένα σήματα που σχετίζονται με την υγεία, όπως το ξηρό δέρμα να νιώθει πιο σφιχτό για να δείξει την ανάγκη για υγρασία. Τι θα γινόταν όμως αν το δέρμα μπορούσε να είναι πιο έξυπνο, ικανό να παρακολουθεί και να μοιράζεται συγκεκριμένες πληροφορίες υγείας, όπως η συγκέντρωση γλυκόζης στον ιδρώτα ή ο καρδιακός ρυθμός; Αυτό ήταν το ερώτημα που ώθησε μια ομάδα με επικεφαλής τους ερευνητές του Penn State που ανέπτυξε πρόσφατα μια αυτοκόλλητη αισθητήρια συσκευή που προσαρμόζεται άψογα στο ανθρώπινο δέρμα για να ανιχνεύει και να παρακολουθεί την υγεία του χρήστη.
Οι λεπτομέρειες του έξυπνου δέρματος, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο μπορεί να επαναπρογραμματιστεί αποτελεσματικά για να ανιχνεύσει διάφορα σήματα και ακόμη και να ανακυκλωθεί, δημοσιεύτηκαν στο Advanced Materials. Η εργασία συμπεριλήφθηκε στη σειρά “Rising Stars”, η οποία συντονίζεται από πολλά περιοδικά για να αναδείξει την εργασία από ερευνητές πρώιμης καριέρας σε όλο τον κόσμο.
«Παρά τις σημαντικές προσπάθειες για φορητούς αισθητήρες για την παρακολούθηση της υγείας, δεν έχουν υπάρξει πολυλειτουργικά ηλεκτρονικά με διασύνδεση δέρματος με εγγενή πρόσφυση σε μια ενιαία πλατφόρμα υλικού που να παρασκευάζεται με χαμηλού κόστους, αποτελεσματικές μεθόδους κατασκευής», δήλωσε ο συν-ανταποκριτής συγγραφέας Huanyu “Larry” Cheng. “Αυτή η εργασία, εισάγει ένα έμπλαστρο συσκευής με δυνατότητα σύνδεσης με το δέρμα, επαναπρογραμματιζόμενο, πολυλειτουργικό, αυτοκόλλητο που κατασκευάζεται με απλή και χαμηλού κόστους χάραξη με λέιζερ.”
Ο Cheng εξήγησε ότι οι συμβατικές τεχνικές κατασκευής για εύκαμπτα ηλεκτρονικά μπορεί να είναι περίπλοκες και δαπανηρές, ειδικά καθώς οι αισθητήρες που κατασκευάζονται σε εύκαμπτα υποστρώματα ή θεμελιώδη στρώματα δεν είναι απαραίτητα ευέλικτοι. Η ακαμψία του αισθητήρα μπορεί να περιορίσει την ευελιξία ολόκληρης της συσκευής. Η ομάδα του Cheng ανέπτυξε προηγουμένως αισθητήρες βιοδεικτών χρησιμοποιώντας γραφένιο επαγόμενο από λέιζερ (LIG), το οποίο περιλαμβάνει τη χρήση λέιζερ για να σχεδιάσει τρισδιάστατα δίκτυα σε ένα πορώδες, εύκαμπτο υπόστρωμα.
“Ωστόσο, οι αισθητήρες και οι συσκευές που βασίζονται στο LIG σε εύκαμπτα υποστρώματα δεν είναι εγγενώς τεντώσιμοι και δεν μπορούν να προσαρμοστούν στη διεπαφή με το ανθρώπινο δέρμα για βιοανίχνευση”, είπε ο Cheng, σημειώνοντας ότι το ανθρώπινο δέρμα είναι μεταβλητό σε σχήμα, θερμοκρασία και επίπεδα υγρασίας. ειδικά κατά τη διάρκεια της σωματικής άσκησης, όταν μπορεί να είναι απαραίτητη η παρακολούθηση του καρδιακού ρυθμού, της απόδοσης των νεύρων ή των επιπέδων γλυκόζης στον ιδρώτα. “Αν και το LIG μπορεί να μεταφερθεί σε ελαστομερή ελαστομερή, η διαδικασία μπορεί να μειώσει σημαντικά την ποιότητά του.”
Ως αποτέλεσμα, είπε ο Cheng, είναι πιο δύσκολο να προγραμματιστεί μια συσκευή αισθητήρα για την παρακολούθηση συγκεκριμένων βιολογικών ή ηλεκτροφυσικών σημάτων. Ακόμη και όταν η συσκευή μπορεί να προγραμματιστεί κατάλληλα, η αισθητική της απόδοση συχνά υποβαθμίζεται.
“Για να αντιμετωπιστούν αυτές οι προκλήσεις, είναι πολύ επιθυμητό να προετοιμαστεί το πορώδες 3D LIG απευθείας στο τεντώσιμο υπόστρωμα”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Jia Zhu, ο οποίος αποφοίτησε με διδακτορικό στην επιστήμη της μηχανικής και μηχανικής από το Penn State το 2020 και τώρα είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Ηλεκτρονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας.
Οι ερευνητές πέτυχαν αυτόν τον στόχο φτιάχνοντας ένα συγκολλητικό σύνθετο με μόρια που ονομάζονται σκόνες πολυιμιδίου που προσθέτουν αντοχή και αντοχή στη θερμότητα και αιθοξυλιωμένη πολυαιθυλενιμίνη με βάση την αμίνη -ένα είδος πολυμερούς που μπορεί να τροποποιήσει αγώγιμα υλικά- διασκορπισμένη σε ελαστομερές σιλικόνης ή καουτσούκ. Το ελαστικό σύνθετο υλικό δεν δέχεται μόνο την άμεση προετοιμασία 3D LIG, αλλά και η κολλητική του φύση σημαίνει ότι μπορεί να προσαρμόζεται και να κολλάει σε μη ομοιόμορφα, ευμετάβλητα σχήματα – όπως οι άνθρωποι.
Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν πειραματικά ότι η συσκευή μπορεί να παρακολουθεί την τιμή του pH, τις συγκεντρώσεις γλυκόζης και γαλακτικού στον ιδρώτα, καθώς και μπορεί να ανιχνευθεί μέσω αιμοληψιών. Μπορεί επίσης να επαναπρογραμματιστεί για την παρακολούθηση του καρδιακού ρυθμού, της απόδοσης των νεύρων και των συγκεντρώσεων γλυκόζης στον ιδρώτα σε πραγματικό χρόνο. Το υπόστρωμα μπορεί στη συνέχεια να επαναληφθεί με λέιζερ με νέες προδιαγραφές, έως και τέσσερις φορές πριν γίνει πολύ λεπτό. Μόλις γίνει πολύ λεπτή, ολόκληρη η συσκευή μπορεί να ανακυκλωθεί.
Σύμφωνα με τον Cheng, η συσκευή παραμένει κολλητική και ικανή να παρακολουθεί ακόμα και όταν το δέρμα γίνεται λείο με ιδρώτα ή νερό. Αυτήν τη στιγμή τροφοδοτείται από μπαταρίες ή κόμβους επικοινωνίας κοντά στο πεδίο, όπως ένας ασύρματος φορτιστής, η συσκευή θα μπορούσε ενδεχομένως να συλλέγει ενέργεια και να επικοινωνεί μέσω ραδιοσυχνοτήτων, κάτι που οι ερευνητές είπαν ότι θα οδηγήσει σε μια αυτόνομη, ελαστική αυτοκόλλητη πλατφόρμα ικανή να ανιχνεύει τους επιθυμητούς βιοδείκτες και να παρακολουθεί ηλεκτροφυσικά σήματα.
