Graphitbasierter Sensor für tragbare medizinische Geräte

Forscher haben eine Graphen-basierte Sensortechnologie unter Verwendung von G-Putty-Material entwickelt – einem hochgradig formbaren Graphen-Mischkitt. Die gedruckten Sensoren sind 50-mal empfindlicher als der Industriestandard und übertreffen andere vergleichbare nanofähige Sensoren in einer wichtigen Metrik:Flexibilität. Die Maximierung von Empfindlichkeit und Flexibilität ohne Leistungseinbußen macht die Technologie zu einem idealen Kandidaten für die aufstrebenden Bereiche der tragbaren Elektronik und medizinischen Diagnosegeräte.

Das Team demonstrierte, dass es einen kostengünstigen gedruckten Graphen-Nanokomposit-Dehnungssensor herstellen kann. Beim Erstellen und Testen von Tinten mit unterschiedlichen Viskositäten (Lauffähigkeit) stellte das Team fest, dass es G-Putty-Tinten je nach Drucktechnologie und Anwendung anpassen konnte. In der Medizin sind Dehnungssensoren ein wertvolles diagnostisches Werkzeug, das verwendet wird, um Änderungen der mechanischen Belastung, wie z. B. der Pulsfrequenz, oder Änderungen der Schluckfähigkeit eines Schlaganfallopfers zu messen. Ein Dehnungssensor erfasst diese mechanische Änderung und wandelt sie in ein proportionales elektrisches Signal um, wodurch er als mechanisch-elektrischer Wandler fungiert. Während Dehnungssensoren derzeit erhältlich sind, werden sie meist aus Metallfolie hergestellt, was Einschränkungen in Bezug auf Tragbarkeit, Vielseitigkeit und Empfindlichkeit mit sich bringt.

Das Team verwandelte G-Kitt in eine Tintenmischung mit hervorragenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Die Tinten können mit industriellen Druckverfahren, vom Siebdruck über Aerosol bis hin zur mechanischen Abscheidung, zu einem Arbeitsgerät verarbeitet werden. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass das Team eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter während des Herstellungsprozesses steuern kann, was die Möglichkeit bietet, die Empfindlichkeit des Materials für spezifische Anwendungen abzustimmen, die die Erkennung kleinster Dehnungen erfordern.

Die Entwicklung der Sensoren stellt einen erheblichen Fortschritt bei tragbaren Diagnosegeräten dar – Geräten, die in benutzerdefinierten Mustern gedruckt und bequem auf der Haut eines Patienten angebracht werden können, um eine Reihe verschiedener biologischer Prozesse zu überwachen. Das Team untersucht Anwendungen zur Echtzeitüberwachung von Atmung und Puls, Gelenkbewegungen und Gang sowie frühen Wehen in der Schwangerschaft. Da die Sensoren hohe Empfindlichkeit, Stabilität und einen großen Erfassungsbereich mit der Fähigkeit kombinieren, maßgeschneiderte Muster auf flexible, tragbare Substrate zu drucken, kann das Team den Sensor an die Anwendung anpassen.