Graphitbasierter Sensor erhöht Empfindlichkeit & Flexibilität für tragbare Medizinprodukte

Forscher haben graphenbasierte Sensortechnologie unter Verwendung von G-Putty-Material entwickelt – einem hochformbaren, graphenbasierten Kitt. Die gedruckten Sensoren sind 50-mal empfindlicher als der Industriestandard und übertreffen andere vergleichbare nano-basierte 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 tragbarer Elektronik und medizinischer Diagnosegeräte.

Das Team demonstrierte, dass es einen kostengünstigen, gedruckten Graphen-Nanokomposit-Dehnungssensor herstellen kann. Durch das Erstellen und Testen von Tinten unterschiedlicher Viskositäten (Flüssigkeit) fand das Team heraus, dass es G-Putty-Tinten entsprechend der Drucktechnologie und Anwendung anpassen kann. In medizinischen Umgebungen sind Dehnungssensoren ein wertvolles Diagnosewerkzeug, um Veränderungen in der mechanischen Dehnung zu messen, wie Pulsfrequenz oder Veränderungen in der Schluckfähigkeit eines Schlaganfallpatienten. Ein Dehnungssensor funktioniert, indem er diese mechanische Veränderung erkennt und in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt, wodurch er als mechanisch-elektrischer Wandler fungiert. Obwohl Dehnungssensoren derzeit verfügbar sind, bestehen siemostly aus Metallfolie, die Einschränkungen in Bezug auf Tragbarkeit, Vielseitigkeit und Empfindlichkeit aufweist.

Das Team verwandelte G-Putty in eine Tintenmischung, die hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist. Die Tinten können mit industriellen Druckverfahren, von Siebdruck bis Aerosol- und mechanischer Abscheidung, in ein funktionsfähiges Gerät umgewandelt werden. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass das Team eine Vielzahl verschiedener Parameter während des Herstellungsprozesses steuern kann, was die Möglichkeit bietet, die Empfindlichkeit des Materials für spezifische Anwendungen abzustimmen, die die Erkennung winziger 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 befestigt werden können, um eine Reihe verschiedener biologischer Prozesse zu überwachen. Das Team erforscht Anwendungen zur Überwachung von Echtzeit-Atmung und Puls, Gelenkbewegung und Gangbild sowie vorzeitiger Wehen in der Schwangerschaft. Da die Sensoren hohe Empfindlichkeit, Stabilität und einen großen Messbereich mit der Fähigkeit kombinieren, maßgeschneiderte Muster auf flexible, tragbare Substrate zu drucken, kann das Team den Sensor an die Anwendung anpassen.