Een onderzoeksteam onder leiding van professor Sei Kwang Hahn en dr. Tae Yeon Kim van de afdeling Materials Science and Engineering van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) gebruikte gouden nanodraden om een ​​geïntegreerd draagbaar sensorapparaat te ontwikkelen dat effectief twee bio-energieën meet en verwerkt. -signalen tegelijkertijd. Hun onderzoeksresultaten zijn opgenomen in Advanced Materials .

Draagbare apparaten, verkrijgbaar in verschillende vormen, zoals bijlagen en patches, spelen een cruciale rol bij het detecteren van fysieke, chemische en elektrofysiologische signalen voor de diagnose en het beheer van ziekten. Recente vooruitgang in het onderzoek richt zich op het ontwerpen van wearables die meerdere biosignalen tegelijkertijd kunnen meten.

Een grote uitdaging waren echter de uiteenlopende materialen die nodig waren voor elke signaalmeting, wat leidde tot schade aan de interface, complexe fabricage en verminderde stabiliteit van het apparaat. Bovendien vereisen deze gevarieerde signaalanalyses verdere signaalverwerkingssystemen en algoritmen.

Het team ging deze uitdaging aan met behulp van verschillende vormen van gouden (Au) nanodraden. Terwijl zilveren (Ag) nanodraden, bekend om hun extreme dunheid, lichtheid en geleidbaarheid, vaak worden gebruikt in draagbare apparaten, heeft het team ze samengevoegd met goud. Aanvankelijk ontwikkelden ze gouden nanodraden in bulk door de buitenkant van de zilveren nanodraden te coaten, waardoor het galvanische fenomeen werd onderdrukt.

Vervolgens creëerden ze holle gouden nanodraden door selectief het zilver uit de met goud beklede nanodraden te etsen. De bulk gouden nanodraden reageerden gevoelig op temperatuurschommelingen, terwijl de holle gouden nanodraden een hoge gevoeligheid vertoonden voor minieme veranderingen in spanning.

Deze nanodraden werden vervolgens in patroon gebracht op een substraat gemaakt van styreen-ethyleen-butyleen-styreen (SEBS) polymeer, naadloos geïntegreerd zonder scheidingen. Door gebruik te maken van twee soorten gouden nanodraden, elk met verschillende eigenschappen, ontwikkelden ze een geïntegreerde sensor die zowel temperatuur als spanning kan meten.

Bovendien ontwierpen ze een logisch circuit voor signaalanalyse, waarbij gebruik werd gemaakt van de negatieve meetfactor die het gevolg was van het introduceren van golvingen op micrometerschaal in het patroon. Deze aanpak heeft geleid tot de succesvolle creatie van een intelligent draagbaar apparaatsysteem dat niet alleen signalen tegelijkertijd opvangt maar ook analyseert, allemaal met behulp van één enkel materiaal van Au.

De sensoren van het team vertoonden opmerkelijke prestaties bij het detecteren van subtiele spiertrillingen, het identificeren van hartslagpatronen, het herkennen van spraak via trillingen van de stembanden en het monitoren van veranderingen in de lichaamstemperatuur. Met name behielden deze sensoren een hoge stabiliteit zonder schade aan de materiaalinterfaces te veroorzaken. Dankzij hun flexibiliteit en uitstekende rekbaarheid konden ze zich naadloos aanpassen aan de gebogen huid.

Professor Sei Kwang Hahn verklaarde:"Dit onderzoek onderstreept het potentieel voor de ontwikkeling van een futuristisch bio-elektronicaplatform dat in staat is een breed scala aan biosignalen te analyseren." Hij voegde eraan toe:"We voorzien nieuwe perspectieven in verschillende sectoren, waaronder de gezondheidszorg en geïntegreerde elektronische systemen."

Meer informatie: Tae Yeon Kim et al., Multifunctionele intelligente draagbare apparaten die gebruik maken van logische circuits van monolithische gouden nanodraden, Geavanceerde materialen (2023). DOI:10.1002/adma.202303401

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie