Sensor de grafeno inducido por láser para monitoreo preciso de temperatura y tensión en cuidado de heridas

Universidad Penn State, University Park, PA

El sensor flexible, ideal para uso en el cuerpo humano, usa grafeno inducido por láser para medir simultánea pero separadamente temperatura y tensión, permitiendo potencialmente mejor monitoreo de curación de heridas al proporcionar insights más claros sobre inflamación y recuperación. (Imagen: Jennifer M. McCann/ Penn State)

Un gran desafío en sensores wearables auto-alimentados para monitoreo de salud es distinguir diferentes señales cuando ocurren al mismo tiempo. Investigadores de Penn State y la Universidad de Tecnología de Hebei de China abordaron este problema descubriendo una nueva propiedad de un material sensor, permitiendo al equipo desarrollar un nuevo tipo de sensor flexible que puede medir con precisión tanto temperatura como deformación física o tensión simultáneamente pero por separado para identificar con mayor precisión varias señales.

"Este material sensor único que hemos desarrollado tiene aplicaciones potencialmente importantes en monitoreo de salud", dijo el Co-Autor Correspondiente Huanyu "Larry" Cheng, Profesor Asociado James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencia y Mecánica de Ingeniería (ESM) en Penn State. "Al medir con precisión tanto cambios de temperatura como deformación física o tensión creada por una herida en curación y medir eso separando las dos señales, podría revolucionar el rastreo de la curación de heridas. Los médicos podrían obtener una imagen mucho más clara del proceso de curación, identificando problemas como inflamación tempranamente."

Los investigadores apuntaban a medir con precisión señales de temperatura y tensión sin interferencia cruzada usando grafeno inducido por láser, un material 2D. Como todos los materiales 2D incluyendo grafeno regular, el grafeno inducido por láser tiene uno a unos pocos átomos de espesor con propiedades únicas, pero con un giro. El grafeno inducido por láser (LIG) se forma cuando un láser calienta ciertos materiales ricos en carbono — como plástico o madera — de una manera que convierte su superficie en una estructura de grafeno. El láser esencialmente "escribe" el grafeno directamente sobre el material, haciéndolo una forma simple y escalable de producir patrones de grafeno para electrónica, sensores y dispositivos de energía.

LIG se ha usado antes en varias aplicaciones. Previamente, Cheng y su equipo han usado LIG para sensores de gas, detectores electroquímicos para análisis de sudor, supercondensadores y más. Sin embargo, los investigadores dijeron que creen que descubrieron una nueva propiedad de LIG por primera vez que lo hace ideal para un sensor multi-propósito y preciso.

"En este estudio particular, tropezamos con el hecho de que este material también tiene propiedades termoeléctricas", dijo Cheng. "Creemos que esta es la primera vez que alguien reporta que el grafeno inducido por láser tiene capacidades termoeléctricas. Y eso es realmente importante para lo que estamos intentando hacer aquí, que es medir por separado tanto cambios de temperatura como tensión física o deformación."

Las propiedades termoeléctricas en un material se refieren a la capacidad de convertir diferencias de temperatura en voltaje eléctrico y viceversa, permitiendo que tales materiales se usen para aplicaciones como cosecha de energía y detección de temperatura. Según Cheng, esta propiedad termoeléctrica recién identificada de LIG hace fácil separar las dos mediciones del sensor e ideal para aplicaciones de salud como un sensor incrustado en una venda.

"Cuando tienes materiales que son sensibles tanto a temperatura como a tensión, puede ser difícil saber qué señal está causando cambios en el material", dijo Cheng. "Pero al usar este efecto termoeléctrico en el grafeno inducido por láser, podemos esencialmente desacoplar esas dos mediciones. Podemos observar la resistencia eléctrica para obtener información sobre la tensión, mientras también medimos el voltaje térmico para determinar la temperatura. Por esto los doctores podrían usarlo para rastrear tanto fluctuaciones de temperatura como cambios físicos en el sitio de la herida y dar una imagen mucho más clara de cómo está progresando la curación."

Para más información, contacte a Adrienne Berard en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita JavaScript habilitado para verla..