Złote nanodruty w przenośnym czujniku

fot. pixabay

Zespół badawczy kierowany przez profesora Sei Kwang Hahna i dr Tae Yeon Kima z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Pohang (POSTECH) wykorzystał złote nanodruty do opracowania zintegrowanego, przenośnego czujnika skutecznie mierzącego i przetwarzającego dwa sygnały biochemiczne jednocześnie. Wyniki badań zaprezentowano w Advanced Materials.

Urządzenia do noszenia dostępne w różnych postaciach odgrywają kluczową rolę w wykrywaniu sygnałów fizycznych, chemicznych i elektrofizjologicznych celem diagnozowania chorób i leczenia. Ostatnie postępy w badaniach koncentrują się na opracowywaniu urządzeń, które będą w stanie mierzyć wiele sygnałów biologicznych jednocześnie. Jednak głównym wyzwaniem są odmienne materiały potrzebne do pomiaru każdego z nich, co prowadzi zwykle do uszkodzenia interfejsu, skomplikowanej produkcji i zmniejszonej stabilności urządzenia. Dodatkowo zróżnicowane analizy sygnałów wymagają budowania skojarzonych systemów i algorytmów przetwarzania.

Zespół z POSTECH sprostał temu wyzwaniu, używając nanodrutów ze złota o różnych formach. Chociaż powszechnie stosowane w urządzeniach do noszenia są nanodruty ze srebra znane ze swojej wyjątkowo małej grubości, lekkości i doskonałej przewodności, zespół postanowił połączyć je ze złotem.

Opracowali przewody, początkowo powlekając złotem zewnętrzną część nanodrutów srebra, tłumiąc w ten sposób zjawisko galwaniczne. Następnie utworzyli puste w środku złote nanodruty poprzez selektywne wytrawianie srebra. Nanodruty ze złota reagowały na zmiany temperatury, podczas gdy puste w środku nanodruty ze złota wykazywały dużą wrażliwość na niewielkie zmiany naprężenia. Następnie nanodruty naniesiono na podłoże wykonane z kopolimeru SEBS. Wykorzystując dwa rodzaje złotych nanodrutów opracowano tym samym zintegrowany czujnik zdolny do pomiaru zarówno temperatury, jak i odkształcenia. Dodatkowo badacze zaprojektowali dedykowany obwód logiczny do analizy sygnałów. Podejście to doprowadziło do pomyślnego stworzenia inteligentnego systemu urządzeń do noszenia, który nie tylko przechwytuje, ale także analizuje sygnały, a wszystko to przy użyciu jednego materiału.

Sensory wykazały niezwykłą skuteczność w wykrywaniu subtelnych drgań mięśni, identyfikacji wzorców bicia serca, rozpoznawaniu mowy na podstawie drżenia strun głosowych i monitorowaniu zmian temperatury ciała. Warto zauważyć, że utrzymywały wysoką stabilność, nie powodując uszkodzeń powierzchni stykowych materiałów. Ich elastyczność i doskonała rozciągliwość pozwoliły im idealnie dopasowywać się do zakrzywionej skóry.

(rr)