Zieke baby's in afgelegen delen van de wereld kunnen van ver worden gevolgd dankzij nieuwe draagbare technologie die is ontworpen door natuurkundigen van de Universiteit van Sussex. En ouders thuis bezorgd over het risico op wiegendood, konden het hart en de ademhaling van hun nieuwe baby's bijhouden met automatische updates voor hun smartphones, met behulp van 'fitness tracker'-achtige technologie die is ingebouwd in babyslaappakken.

De onopvallende sensoren - de meest gevoelige op vloeistof gebaseerde apparaten die ooit zijn ontwikkeld - kunnen ook transformerend zijn voor iedereen met levensbedreigende aandoeningen zoals slaapapneu. In aanvulling, omdat grafeen goedkoop te produceren is, de nieuwe doorbraak moet betaalbaar zijn.

Professor Alan Dalton, van de School voor Wiskunde en Exacte Wetenschappen, en zijn team van natuurkundigen aan de Universiteit van Sussex hebben een vloeistof gemaakt van een emulsie van grafeen, water en olie, die elektriciteit geleidt. De doorbraak wordt beschreven in een artikel dat vandaag is gepubliceerd, dinsdag 9 januari 2018, in het peer-reviewed tijdschrift Royal Society of Chemistry nanoschaal . Er is een prototype gemaakt en het team is in gesprek met commerciële sponsors om verder onderzoek te financieren zodat het product op de markt kan worden gebracht.

Het team werd geïnspireerd om deze nieuwe gezondheidsmonitor te maken nadat de Bill and Melinda Gates Foundation had opgeroepen tot nieuwe betaalbare draagbare gezondheidstechnologieën voor baby's in situaties waar middelen schaars zijn.

Grafeen is een tweedimensionaal materiaal gemaakt van koolstofatomen dat sterk, flexibel en geleidend. Wanneer een kanaal of buis met de vloeistof wordt uitgerekt, zelfs met een klein bedrag, de geleidbaarheid van de vloeistof verandert. Dit betekent dat de ademhalingsfrequenties en -pulsen van mensen die het apparaat dragen, kunnen worden gevolgd.

Omdat de nieuwe vloeistoftechnologie zo gevoelig is, het pikt zeer kleine signalen op wanneer het aan het lichaam is bevestigd. Om de hartslag van baby's op dit moment in de gaten te houden, onhandige sensoren moeten worden bevestigd aan de kleine voetjes of handjes van baby's, die vaak vallen. De informatie wordt vervolgens via draden naar een monitor gestuurd die de beweging van het kind kunnen beperken.

De technologische ontwikkeling van professor Dalton zou ervoor zorgen dat de monitoring draadloos en niet-invasief gebeurt met een 'fitness-tracker'-achtige band - of zelfs ingebed in de stof van een sensorvest dat de baby kan dragen.

Professor Dalton zegt:"Met behulp van de geleidende vloeibare emulsies die we hebben ontwikkeld, wij zullen goedkoop produceren, draagbare sensoren op basis van grafeen. De apparaten zullen comfortabel zijn, niet-invasief en kan intuïtieve diagnostiek van ademhaling en hartslag bieden. We zullen uiteindelijk een pak hebben dat de baby kan dragen en dat alle vitale informatie draadloos voorleest. We hopen dat dit binnen twee tot vier jaar beschikbaar komt.

"In het laboratorium hebben we een sensor gemaakt die de potentie heeft om de vroege detectie van levensbedreigende symptomen zoals slaapapneu of hartritmestoornissen drastisch te verbeteren, waar constante monitoring met conventionele apparatuur een uitdaging is buiten de ziekenhuisomgeving."

"Natuurlijk is het uiteindelijke potentieel breder dan dat. Iedereen die geïnteresseerd is in het volgen van hun hart- of ademhalingsfrequentie - joggers bijvoorbeeld - kan geïnteresseerd zijn om deze technologie in hun trainingsuitrusting te dragen. Ik kwam op het idee voor de nieuwe grafeenemulsie bij de kern van deze technologie tijdens het maken van saladedressing - een soort emulsie - thuis met mijn dochter. Het is verbazingwekkend hoe, als wetenschappers, we halen inspiratie uit de dagelijkse wereld om ons heen."

Dr Matthew Groot, hoofdonderzoeker van het project in de School of Mathematics and Physical Sciences, beschrijft de nieuwe ontwikkeling:"Wat we hebben gedaan is vergelijkbaar met hoe je een saladedressing zou kunnen maken:door water en olie door elkaar te schudden, je laat kleine druppeltjes van de ene vloeistof in de andere drijven omdat de twee niet mengen. Normaal gesproken, de druppeltjes zouden allemaal samenkomen en de vloeistoffen scheiden zich na verloop van tijd, als de druppeltjes in een lavalamp. We hebben dit opgelost door er grafeen in te doen. Het grafeen, dat een atoom dik is, zit aan het oppervlak van de druppeltjes en voorkomt dat ze samenvloeien."

Dr. Large vervolgt:"Wat best opwindend is aan dit nieuwe type geleidende vloeistof, is hoe gevoelig het is om te worden uitgerekt. Wanneer de grafeendeeltjes rond de vloeistofdruppels worden geassembleerd, kunnen elektronen van het ene deeltje naar het andere springen; dit is de reden waarom de hele vloeistof is geleidend. Wanneer we onze sensoren uitrekken, knijpen en vervormen we de druppeltjes; dit beweegt de grafeendeeltjes verder uit elkaar en maakt het veel moeilijker voor de elektronen om over het systeem te springen. De gevoeligheid van dit nieuwe soort reksensor is eigenlijk veel hoger dan veel bestaande technologieën, en het is het meest gevoelige op vloeistof gebaseerde apparaat dat ooit is gerapporteerd met een behoorlijk aanzienlijke marge."

Professor Dalton zegt:"Grafeen is zeer betaalbaar omdat het kan worden geproduceerd met natuurlijk voorkomend grafiet, zodat dit op grote schaal kan worden uitgerold. Dit is goed nieuws voor de gezondheidsdiensten, omdat de nieuwe technologie niet duur zal zijn om te maken en te kopen. Het betekent ook dat het betaalbaar moet zijn voor particulieren."