Neue flexible Atemgassensoren haben potenzielle Anwendungen im Gesundheitswesen und in der Umwelt

Neu entwickelte flexible, poröse und hochempfindliche Stickstoffdioxidsensoren, die auf Haut und Kleidung aufgebracht werden können, haben laut Forschern potenzielle Anwendungen im Gesundheitswesen, in der Überwachung der Umweltgesundheit und im Militärbereich.

Unter der Leitung von Huanyu „Larry“ Cheng, Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik an der Penn State, veröffentlichten die Forscher ihre Sensordesigns, die auf früheren Modellen aufbauen, und Ergebnisse ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen.

Die Sensoren überwachen Stickstoffdioxid, entweder aus der Atemluft, wenn sie unter der Nase angebracht sind, oder aus dem Schweiß, wenn sie an anderer Stelle am Körper angebracht sind. Im Gegensatz zur Blutentnahme ermöglicht die direkte Hautbefestigung eine kontinuierliche Langzeitüberwachung des Gases.

Cheng erklärte, dass es zwar ähnliche Sensoren gibt, aber ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal des neuen Designs die Atmungsaktivität ist.

Die üblicherweise verwendeten Substratmaterialien für Gassensoren sind flexibel, aber nicht porös. Die Ansammlung von Wasserfeuchtigkeit von der Hautoberfläche kann möglicherweise zu einer Reizung oder Schädigung der Hautoberfläche führen. Wir müssen sicherstellen, dass das Gerät porös sein kann, damit Feuchtigkeit durch den Sensor dringen kann, ohne sich auf der Oberfläche anzusammeln.”

Huanyu „Larry“ Cheng, Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, Penn State

Die Forscher erstellten die neuen Sensoren mit einem Herstellungsverfahren, das als Laser-Direktschreiben bekannt ist.

„Das direkte Laserschreiben ähnelt der additiven Fertigung, da es einfach einzurichten und kostengünstig ist und der Laser weit verbreitet ist“, sagte Cheng. “Das Verfahren ist relativ robust, schnell und könnte auf die Produktion im großen Maßstab skaliert werden.”

Cheng und sein Team integrierten eine Art von Material, das als Blockcopolymere bekannt ist, mit Harz, um Sensoren mit der gewünschten Atmungsaktivität per Laser zu beschreiben.

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„Die Integration von Blockcopolymeren geht über die Materialien hinaus, die wir bisher verwendet haben, daher haben wir untersucht, das Substratmaterial von der typischen Dünnschicht auf praktisch alles zu erweitern“, sagte Cheng. “Das kann uns Atmungsaktivität und Einstellbarkeit der Porengröße geben.”

Cheng sagte, dass der Sensor Zustände wie chronisch obstruktive Lungenerkrankungen überwachen könnte, die Stickstoffdioxid verursachen oder verschlimmern kann. Er merkte auch an, dass die Sensoren zwar speziell für den Nachweis von Stickstoffdioxid entwickelt wurden, sie aber möglicherweise eine Vielzahl von Gasen und Biomarkern erkennen könnten -; B. zur Bestimmung des Glukosespiegels zur Überwachung von Diabetes oder zur Erkennung von Gefahren in Industrie- oder Kampfumgebungen.

„Die Sensoren können auch für die Überwachung von Gas in der Umwelt nützlich sein“, sagte er. „Wir könnten die Luftqualität überwachen und Patienten beispielsweise über potenzielle Bedenken hinsichtlich zu hoher Abgasemissionen von Autos informieren. Dann könnten sie diese Informationen nutzen, um bestimmte Bereiche an bestimmten Tagen zu meiden.“

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

Yang, L., et al. (2022) Intrinsisch atmungsaktive und flexible NO2-Gassensoren, hergestellt durch Laserdirektschreiben von selbstorganisierten Blockcopolymeren. ACS Angewandte Materialien und Grenzflächen. doi.org/10.1021/acsami.2c02061.

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