Grafeno Inducido por Láser: Revolucionando Tecnología de Salud Portátil

Grafeno —átomos de carbono dispuestos hexagonalmente en una sola capa con flexibilidad superior y alta conductividad— podría impactar el desarrollo de futuros dispositivos de detección de movimiento, sensado táctil y monitoreo de salud.

Varias sustancias pueden convertirse en carbono para crear grafeno a través de radiación láser. Llamado grafeno inducido por láser (LIG), el producto resultante puede tener propiedades específicas determinadas por el material original. Muestras de poliamida, un tipo de plástico, fueron irradiadas mediante escaneo láser. Los investigadores variaron la potencia, velocidad de escaneo, número de pasadas y densidad de líneas de escaneo para ver cómo diferentes parámetros del proceso de procesamiento láser crean diferentes nanoestructuras.

Los investigadores encontraron que niveles de potencia más bajos, de 7.2 vatios a aproximadamente 9 vatios, resultaron en la formación de una espuma porosa con muchas capas ultrafinas. Esta espuma LIG exhibió conductividad eléctrica y una resistencia justa a daño por calor —ambas propiedades útiles en componentes de dispositivos electrónicos.

Aumentar la potencia de aproximadamente 9 vatios a 12.6 vatios cambió el patrón de formación LIG de espuma a haces de fibras pequeñas. Estos haces crecieron más en diámetro con mayor potencia láser, mientras que mayor potencia promovió el crecimiento en red de una red de fibras. La estructura fibrosa mostró mejor conductividad eléctrica que la espuma. Este rendimiento incrementado, combinado con la forma de la fibra, podría abrir posibilidades para dispositivos de sensado. Mientras la fibra sea conductiva, puede usarse como andamio; modificaciones subsecuentes en la superficie podrían habilitar varios sensores como un sensor de glucosa en la piel o un detector de infección para heridas.

Variar la velocidad de escaneo láser, densidad y pasadas para el LIG formado a diferentes potencias también influyó en conductividad y rendimiento subsecuente. Más exposición láser resultó en mayor conductividad pero eventualmente cayó debido a exceso de carbonización por quema.

El equipo diseñó, fabricó y probó un sensor de presión LIG flexible. Para el primer diseño, intercalaron una capa delgada de espuma LIG entre dos capas de poliamida conteniendo electrodos de cobre. Cuando se aplicó presión, el LIG generó electricidad. Los vacíos en la espuma redujeron el número de caminos para que la electricidad viaje, facilitando localizar la fuente de presión, y pareció mejorar la sensibilidad a toques delicados.

Este diseño, cuando se adjunta al dorso de la mano o el dedo, detectó movimientos de flexión y estiramiento de la mano así como las ondas características de percusión, marea y diástole del latido cardíaco. Esta lectura de pulso podría combinarse con una lectura de electrocardiograma para obtener mediciones de presión arterial sin manguito.

En el segundo diseño, los investigadores incorporaron nanopartículas en la espuma LIG. Estas diminutas esferas de disulfuro de molibdeno, un semiconductor que puede actuar como conductor y aislante, mejoraron la sensibilidad y resistencia a fuerzas físicas de la espuma. Este diseño también fue resistente a uso repetido, mostrando rendimiento casi idéntico antes y después de casi 10,000 usos.