Исследовательская группа под руководством профессора Сей Кван Хана и доктора Тэ Ён Кима из факультета материаловедения и инженерии Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) использовала золотые нанопровода для разработки интегрированного носимого сенсорного устройства, которое эффективно измеряет и обрабатывает два биологических -сигналы одновременно. Результаты их исследований были опубликованы в Advanced Materials.
Носимые устройства, доступные в различных формах, таких как насадки и пластыри, играют ключевую роль в обнаружении физических, химических и электрофизиологических сигналов для диагностики и лечения заболеваний. Последние успехи в исследованиях сосредоточены на разработке носимых устройств, способных одновременно измерять несколько биосигналов.
Однако основной проблемой были разные материалы, необходимые для каждого измерения сигнала, что приводило к повреждению интерфейса, усложнению изготовления и снижению стабильности устройства. Кроме того, этот разнообразный анализ сигналов требует дополнительных систем и алгоритмов обработки сигналов.
Команда решила эту задачу, используя нанопроволоки золота (Au) различной формы . Хотя нанопровода серебра (Ag), известные своей чрезвычайной тонкостью, легкостью и проводимостью, обычно используются в носимых устройствах, команда сплавила их с золотом. Первоначально они разработали объемные золотые нанопроволоки, покрыв внешнюю поверхность серебряными нанопроволоками, подавляя гальваническое явление.
Впоследствии они создали полые золотые нанопроволоки путем выборочного травления серебра из покрытых золотом нанопроволок. Объемные золотые нанопроволоки чувствительно реагировали на изменения температуры , тогда как полые золотые нанопроволоки демонстрировали высокую чувствительность к малейшим изменениям деформации.
Затем эти нанопроволоки были нанесены на подложку из полимера стирола-этилена-бутилена-стирола (SEBS), бесшовно интегрированного без разделений. Используя два типа золотых нанопроволок, каждый из которых имеет разные свойства, они разработали интегрированный датчик, способный измерять как температуру, так и деформацию.
Кроме того, они разработали логическую схему для анализа сигналов, используя отрицательный калибровочный коэффициент, возникающий в результате введения в схему гофров микрометрового масштаба. Этот подход привел к успешному созданию интеллектуальной системы носимых устройств, которая не только улавливает, но и одновременно анализирует сигналы, используя единый материал Au.
Датчики команды продемонстрировали замечательные результаты в обнаружении едва заметного мышечного тремора, определении характера сердцебиения, распознавании речи по тремору голосовых связок и мониторинге изменений температуры тела. Примечательно, что эти датчики сохраняли высокую стабильность, не вызывая повреждения границ раздела материалов. Их гибкость и превосходная растяжимость позволили им легко адаптироваться к изогнутой коже.
Профессор Сей Кванг Хан заявил: «Это исследование подчеркивает потенциал разработки футуристической биоэлектронной платформы, способной анализировать широкий спектр биосигналов». Он добавил: «Мы видим новые перспективы в различных отраслях, включая здравоохранение и интегрированные электронные системы».
