Biosensoren die op de menselijke huid kunnen worden gedragen of veilig in het lichaam kunnen worden gebruikt, worden steeds vaker gebruikt voor zowel medische toepassingen als dagelijkse gezondheidsmonitoring. Het vinden van de juiste materialen om de sensoren aan elkaar te binden en ze aan oppervlakken te hechten, is ook een belangrijk onderdeel van het verbeteren van deze technologie. Een recente studie van de Binghamton University, State University of New York biedt een mogelijke oplossing, speciaal voor huidtoepassingen.

Matthew S. Brown, een vierdejaars Ph.D. student bij het laboratorium van universitair docent Ahyeon Koh bij de afdeling Biomedische Technologie, diende als hoofdauteur voor "Electronic-ECM:A Permeable Microporous Elastomer for an Advanced Bio-Integrated Continuous Sensing Platform, " gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materiaaltechnologie .

De studie maakt gebruik van polydimethylsiloxaan (PDMS), een siliconenmateriaal dat populair is voor gebruik in biosensoren vanwege zijn biocompatibiliteit en zachte mechanica. Het wordt over het algemeen gebruikt als een stevige film, niet-poreus materiaal, wat kan leiden tot problemen met het ademend vermogen van de sensor en de verdamping van zweet.

"Bij atletisch toezicht, als u een apparaat op uw huid heeft, zweet kan zich ophopen onder dat apparaat, Brown zei. "Dat kan ontstekingen veroorzaken en ook onnauwkeurigheden in continue monitoringtoepassingen.

"Bijvoorbeeld, een experiment met elektrocardiogram (ECG) analyse toonde aan dat de poreuze PDMS de verdamping van zweet tijdens inspanning mogelijk maakte, in staat om een ​​signaal met hoge resolutie te behouden. Het niet-poreuze PDMS bood het zweet niet de mogelijkheid om gemakkelijk te verdampen, wat leidt tot een lagere signaalresolutie na inspanning.

Het team creëerde een poreus PDMS-materiaal door middel van elektrospinnen, een productiemethode die nanovezels maakt door middel van elektrische kracht.

Tijdens mechanische testen, de onderzoekers ontdekten dat dit nieuwe materiaal werkte als het collageen en de elastische vezels van de menselijke epidermis. Het materiaal was ook in staat om te werken als een droge kleefstof voor de elektronica om sterk op de huid te lamineren, voor lijmvrije bewaking. Biocompatibiliteits- en levensvatbaarheidstesten lieten ook betere resultaten zien na zeven dagen gebruik, vergeleken met de niet-poreuze PDMS-film.

"Je kunt dit gebruiken in een breed scala aan toepassingen waarbij vloeistoffen passief door het materiaal moeten worden overgebracht, zoals zweet, om gemakkelijk door het apparaat te verdampen, ' zei Bruin.

Omdat de permeabele structuur van het materiaal in staat is tot biovloeistof, kleine moleculen en gasdiffusie, het kan worden geïntegreerd met zacht biologisch weefsel zoals huid, neuraal en hartweefsel met verminderde ontsteking op de toedieningsplaats.

Tot de toepassingen die Brown ziet, behoren elektronica voor langdurige genezing, chronische wonden; ademende elektronica voor ademhalingsbewaking met zuurstof en kooldioxide; apparaten die menselijke cellen integreren in implanteerbare elektronische apparaten; en realtime, in vitro chemische en biologische monitoring.

Koh - wiens recente projecten onder meer door zweet ondersteunde batterijvoeding en biomonitoring omvatten - beschreef de poreuze PDMS-studie als "een hoeksteen van mijn onderzoek".

"Mijn lab is erg geïnteresseerd in het ontwikkelen van een bio-geïntegreerd detectiesysteem dat verder gaat dan draagbare elektronica, "zei ze. "Op dit moment, technologieën zijn de afgelopen 10 jaar gevorderd om duurzame en flexibele apparaten te ontwikkelen. Maar we willen altijd nog verder gaan, om sensoren te maken die kunnen worden gebruikt in meer onzichtbare systemen die zich niet alleen op de huid bevinden.

"Koh ziet de mogelijkheden voor dit poreuze PDMS-materiaal ook in een andere onderzoekslijn die ze doet met universitair hoofddocent Seokheun Choi van de afdeling Electrical and Computer Engineering. Zij en Choi bundelen hun krachten om rekbaar papier te maken voor zachte bio-elektronica, waardoor we fysiologische statussen kunnen volgen.