創傷治療における正確な温度とひずみモニタリングのためのレーザー誘起グラフェンセンサー

ペンシルバニア州ユニバーシティパーク、ペンシルベニア州立大学

ヘルスケア監視用の自己給電型ウェアラブル センサーの主な課題は、同時に発生したさまざまな信号を区別することです。ペンシルバニア州立大学と中国の河北理工大学の研究者は、センサー材料の新しい特性を明らかにすることでこの問題に取り組み、温度と物理的ひずみの両方を同時に、しかも個別に正確に測定して、さまざまな信号をより正確に特定できる新しいタイプの柔軟なセンサーを開発できるようになりました。

「私たちが開発したこのユニークなセンサー材料は、医療モニタリングにおいて潜在的に重要な用途を持っています」と、共同責任著者のフアンユー・“ラリー”・チェン、ジェームズ・L・ヘンダーソン・ジュニア、ペンシルベニア州立大学工学科学・機械学（ESM）記念准教授は述べた。 「温度変化と治癒中の創傷によって生じる物理的な変形やひずみの両方を正確に測定し、2 つの信号を分離することでそれを測定することで、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をより明確に把握でき、炎症などの問題を早期に特定できるようになります。」

研究者らは、2D 材料であるレーザー誘起グラフェンを使用して、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原子 1 ～ 数個の厚さであり、独特の特性を持っていますが、ひねりが加えられています。レーザー誘起グラフェン (LIG) は、プラスチックや木材などの炭素が豊富な特定の材料をレーザーで加熱し、その表面をグラフェン構造に変換すると形成されます。レーザーは基本的にグラフェンを材料上に直接「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 パターンを作成するためのシンプルかつスケーラブルな方法となります。

LIG はこれまでさまざまな用途で使用されてきました。 Cheng 氏と彼のチームはこれまで、ガス センサー、汗分析用の電気化学検出器、スーパーキャパシタなどに LIG を使用してきました。しかし、研究者らは、LIG を多目的で正確なセンサーとして理想的なものにする新しい特性を初めて発見したと信じていると述べました。

「この特定の研究において、私たちはこの材料が熱電特性も持っているという事実に偶然気づきました」とチェン氏は語った。 「レーザー誘起グラフェンが熱電機能を持つことを報告したのはこれが初めてだと考えています。そしてこれは、温度変化と物理的ひずみや変形の両方を個別に測定するという、私たちがここでやろうとしていることにとって非常に重要です。」

材料の熱電特性とは、温度差を電圧に、またはその逆に変換する能力を指し、このような材料を環境発電や温度検知などの用途に使用できるようになります。 Cheng 氏によると、この新たに確認された LIG の熱電特性により、2 つのセンサー測定を分離することが容易になり、包帯に埋め込まれたセンサーなどのヘルスケア アプリケーションに最適です。

「温度とひずみの両方に敏感な材料がある場合、どの信号が材料に変化を引き起こしているのかを判断するのは難しい場合があります」とチェン氏は言います。 「しかし、レーザー誘起グラフェンでこの熱電効果を利用することで、これら 2 つの測定を本質的に切り離すことができます。電気抵抗を調べてひずみに関する情報を得ると同時に、熱電圧を測定して温度を決定することもできます。これが、医師がこれを使用して創傷部位の温度変動と物理的変化の両方を追跡し、治癒がどのように進行しているかをより明確に把握できる理由です。」

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。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。