レーザー誘起グラフェンセンサーで創傷ケアの温度とひずみを精密監視

ペンシルベニア州立大学、ユニバーシティパーク、PA

人体での使用に理想的な柔軟センサーが、レーザー誘起グラフェンを使用して温度とひずみを同時にしかし別個に測定。炎症と回復への明確な洞察を提供し、より良い創傷治癒監視を可能にする可能性。（画像：Jennifer M. McCann/ペンシルベニア州立大学）

ヘルスケア監視用自己給電ウェアラブルセンサーの主要課題は、同時に発生する異なる信号を区別することです。ペンシルベニア州立大学と中国の河北工業大学の研究者たちは、センサー材料の新たな特性を発見することでこの問題に対処し、温度と物理的ひずみを同時にしかし別個に正確に測定できる新タイプの柔軟センサーを開発しました。これによりさまざまな信号をより精密に特定できます。

「私たちが開発したこのユニークなセンサー材料は、ヘルスケア監視において潜在的に重要な応用があります」と、共同責任著者のHuanyu「Larry」Cheng、ペンシルベニア州立大学工学科学・力学（ESM）James L. Henderson, Jr.記念准教授は述べています。「治癒中の創傷によって生じる温度変化と物理的変形またはひずみを、両信号を分離して正確に測定することで、創傷治癒の追跡に革命をもたらす可能性があります。医師は治癒プロセスのはるかに明確な画像を得られ、炎症などの問題を早期に特定できるようになります。」

研究者たちは、レーザー誘起グラフェン（LIG）という2D材料を使用して、クロストークなしで温度とひずみ信号を正確に測定することを目指しました。通常のグラフェンを含むすべての2D材料と同様、レーザー誘起グラフェンは1〜数原子層の厚さで独自の特性を持ちますが、ひと捻りあります。レーザー誘起グラフェン（LIG）は、レーザーがプラスチックや木材などの特定の炭素豊富な材料を加熱し、その表面をグラフェン構造に変換する際に形成されます。レーザーが材料に直接グラフェンを「書き込む」ため、エレクトロニクス、センサー、エネルギーデバイス用のグラフェンパターンを生成するシンプルでスケーラブルな方法です。

LIGは以前からさまざまな用途に使用されてきました。これまでChengと彼のチームは、LIGをガスセンサー、汗分析用電気化学検出器、スーパーキャパシタなどに使用してきました。しかし、研究者たちはマルチ目的かつ正確なセンサーに理想的なLIGの新たな特性を初めて発見したと考えています。

「この特定の研究で、この材料が熱電特性も持つことを偶然発見しました」とChengは言います。「レーザー誘起グラフェンが熱電能力を持つことが報告されたのは今回が初めてだと考えられます。そしてそれは、温度変化と物理的ひずみまたは変形を別個に測定しようとする私たちの目的において、本当に重要です。」

材料の熱電特性とは、温度差を電圧に、またはその逆を変換する能力を指し、エネルギー収集や温度センシングなどの応用を可能にします。Chengによると、LIGのこの新たに特定された熱電特性により、2つのセンサー測定を容易に分離でき、バンドエイドに埋め込むセンサーなどのヘルスケア応用に理想的です。

「温度とひずみの両方に敏感な材料があると、どの信号が材料の変化を引き起こしているか判別が難しくなります」とChengは言います。「しかしレーザー誘起グラフェンのこの熱電効果を使用することで、本質的にそれら2つの測定を分離できます。電気抵抗を見てひずみ情報を得ながら、熱電圧を測定して温度を決定できます。これが、医師が創傷部位の温度変動と物理的変化の両方を追跡し、治癒がどう進行しているかのはるかに明確な画像を得られる理由です。」

詳細については、Adrienne Berardまでお問い合わせください：このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示にはJavaScriptが必要です。