28 januari 2024
(Nanowerk-schijnwerper) Draagbare sensoren beloven continue, gepersonaliseerde gezondheidsmonitoring, ook na klinische bezoeken. Maar de meeste apparaten hebben tegenwoordig nog steeds een vast ontwerp dat zich richt op afzonderlijke toepassingen en missen de veelzijdigheid om aan de veranderende behoeften van gebruikers te voldoen. Nu melden onderzoekers in Geavanceerde materialen (“Hardmagnetisch grafeen-nanocomposiet voor multimodale, herconfigureerbare zachte elektronica”) magnetisch zelfassemblerende grafeensensoren die de lang gezochte visie van modulaire, herconfigureerbare draagbare elektronica op maat van individuen mogelijk zouden kunnen maken. Het balanceren van geschikte elektrische eigenschappen met biocompatibele mechanische eigenschappen vormt een blijvende uitdaging voor de ontwikkeling van wearables. De diagnostische nauwkeurigheid en veelzijdigheid worden verbeterd met nauwkeurige, aanpasbare sensoren. Toch zijn zachte vormfactoren die irriterende huid voorkomen vaak in strijd met aanpasbare, hoogwaardige componenten zoals harde magneten. Eerdere herconfigureerbare draagbare pogingen hebben als gevolg van deze afwegingen de detectiemogelijkheden of de betrouwbaarheid van de onderlinge verbinding opgeofferd in vergelijking met apparaten voor eenmalig gebruik. Maar de nieuwe studie toont aan dat magnetische grafeen-nanocomposieten de sensorprecisie vergroten en tegelijkertijd betrouwbare zelfassemblage mogelijk maken – waarbij de beste aspecten van zowel flexibele biosensoren als aanpasbare elektronica worden gecombineerd. Recente ontwikkelingen op het gebied van materiaal hebben het droomapparaat dichter bij de werkelijkheid gebracht. grafeen's hoge geleidbaarheid en biocompatibiliteit maken het tot een intrigerend basissensormateriaal voor op de huid gemonteerde elektronica. Door poriën in een grafeenfilm met laser te induceren creëerden de onderzoekers een flexibel, geleidend netwerk dat zeer geschikt is voor diverse detectiemodaliteiten, waaronder elektrochemische reacties, elektrofysiologische signalen zoals ECG en temperatuurveranderingen. De innovatie ligt in het uitbreiden van deze detectiefilm met harde magnetische deeltjes voor zelfassemblage. Het resulterende “magnetische grafeen nanocomposiet” (HMGN) zorgt voor verbeteringen in de sensorprestaties en maakt tegelijkertijd omkeerbare, herconfigureerbare verbindingen mogelijk.
a) Schematische weergave van de herconfigureerbare zachte elektronica in magnetisch grafeen-nanocomposiet. b) Fabricagemethode voor het doteren van poreus grafeen met NdFeB. (Herdrukt met toestemming van Wiley-VCH Verlag) In hun experimenten hebben de onderzoekers aangetoond dat het uitbreiden van de poreuze grafeenfilm met magnetische deeltjes de sensorcapaciteiten aanzienlijk vergroot. Tests toonden aan dat het magnetische grafeen-nanocomposiet de sensorprecisie voor metabolieten zoals urinezuur en pyridoxine met 70% verbeterde en de impedanties voor elektrofysiologische detectie met 87% verlaagde in vergelijking met alleen poreus grafeen. Urinezuursensoren vertoonden bijvoorbeeld een gevoeligheid die toenam van 29.6 naar 8 nA/μM-1 na magnetische doping. Ondertussen verhoogden temperatuursensoren hun gevoeligheid van 0.14 naar 0.22% °C-1. Het magnetisch gedoteerde grafeen verlaagde ook de impedanties voor elektrofysiologische detectie met 87% – van 37.96 kΩ naar 4.73 kΩ bij frequenties van 1 kHz. Cruciaal is dat de magnetische domeinen ervoor zorgen dat HMGN-films aan elkaar kunnen klikken om betrouwbare elektrische verbindingen te vormen zonder soldeer of lijm. Toegepaste magnetische velden organiseren de willekeurige magnetische domeinen in uitgelijnde noord-zuidpolen, analoog aan staafmagneten. Tegengestelde polen trekken aan tot zelf-assemblerende modulaire HMGN-sensoren op een flexibel substraat in door de gebruiker gedefinieerde lay-outs. De onderzoekers testten dit concept door een reeks van 16 impedantie-detecterende elektroden in HMGN te vervaardigen. Op commando werden de vierkante elektroden losgemaakt en opnieuw samengevoegd tot cirkel- en driehoekige vormen om de beschadigde weefselgeometrieën in kaart te brengen. In andere experimenten paste het verwisselen van afzonderlijke HMGN-sensoren op een substraat de gevoeligheid van het apparaat, de ruimtelijke dekking en detectiemodaliteiten zoals elektrolytconcentraties, ECG-signalen en temperatuur aan. Het team integreerde sensoren voor natrium-, chloride- en urinezuurionen op een platform om het verlies van elektrolyten in het zweet tijdens het sporten te monitoren. Na het verzamelen van gegevens werden de sensoren losgemaakt, zodat nieuwe voor ECG en temperatuur deze konden vervangen om de cardiovasculaire respons te meten, wat het potentieel van HMGN aantoont voor efficiënte multifunctionele draagbare elektronica. Dergelijke flexibele, modulaire apparaten kunnen gepersonaliseerde diagnostiek en behandelingen bevorderen die zijn afgestemd op individuele patiënten en contexten. Het voortdurend volgen van biofysische en biochemische markers buiten de klinische omgeving belooft ook een verschuiving van de geneeskunde naar preventieve zorg in plaats van naar reactieve benaderingen. De weg voorwaarts omvat het verbeteren van de biocompatibiliteit van HMGN voor meer lichaamslocaties en het uitbreiden van sensortypen voor omstandigheden zoals glucose, vochtigheid en spanning. Terwijl magnetisch zelf-geassembleerde elektronica veelbelovende herconfigureerbaarheid introduceert, beperkt handmatig wisselen nog steeds snelle apparaataanpassingen aan meerdere scenario's over korte tijdspannes. Volledig geïntegreerde systemen die modulaire plug-and-play-sensoren automatisch herschikken als reactie op contextuele input en gebruikspatronen vertegenwoordigen de volgende grens. Niettemin helpt deze doorbraak de visie te verwezenlijken van intelligente draagbare apparaten die de gezondheid verbeteren door zich aan te passen aan de veranderende behoeften van elke gebruiker. Lasergeïnduceerde magnetische grafeen-nanocomposieten effenen de weg naar aanpasbare multifunctionele elektronica die het welzijn XNUMX uur per dag bij dagelijkse activiteiten continu bewaakt. De hier ontwikkelde modulaire, omkeerbare aanpak brengt de droom van gepersonaliseerde, preventieve en participatieve geneeskunde dichterbij.
a) Schematische weergave van de herconfigureerbare zachte elektronica in magnetisch grafeen-nanocomposiet. b) Fabricagemethode voor het doteren van poreus grafeen met NdFeB. (Herdrukt met toestemming van Wiley-VCH Verlag) In hun experimenten hebben de onderzoekers aangetoond dat het uitbreiden van de poreuze grafeenfilm met magnetische deeltjes de sensorcapaciteiten aanzienlijk vergroot. Tests toonden aan dat het magnetische grafeen-nanocomposiet de sensorprecisie voor metabolieten zoals urinezuur en pyridoxine met 70% verbeterde en de impedanties voor elektrofysiologische detectie met 87% verlaagde in vergelijking met alleen poreus grafeen. Urinezuursensoren vertoonden bijvoorbeeld een gevoeligheid die toenam van 29.6 naar 8 nA/μM-1 na magnetische doping. Ondertussen verhoogden temperatuursensoren hun gevoeligheid van 0.14 naar 0.22% °C-1. Het magnetisch gedoteerde grafeen verlaagde ook de impedanties voor elektrofysiologische detectie met 87% – van 37.96 kΩ naar 4.73 kΩ bij frequenties van 1 kHz. Cruciaal is dat de magnetische domeinen ervoor zorgen dat HMGN-films aan elkaar kunnen klikken om betrouwbare elektrische verbindingen te vormen zonder soldeer of lijm. Toegepaste magnetische velden organiseren de willekeurige magnetische domeinen in uitgelijnde noord-zuidpolen, analoog aan staafmagneten. Tegengestelde polen trekken aan tot zelf-assemblerende modulaire HMGN-sensoren op een flexibel substraat in door de gebruiker gedefinieerde lay-outs. De onderzoekers testten dit concept door een reeks van 16 impedantie-detecterende elektroden in HMGN te vervaardigen. Op commando werden de vierkante elektroden losgemaakt en opnieuw samengevoegd tot cirkel- en driehoekige vormen om de beschadigde weefselgeometrieën in kaart te brengen. In andere experimenten paste het verwisselen van afzonderlijke HMGN-sensoren op een substraat de gevoeligheid van het apparaat, de ruimtelijke dekking en detectiemodaliteiten zoals elektrolytconcentraties, ECG-signalen en temperatuur aan. Het team integreerde sensoren voor natrium-, chloride- en urinezuurionen op een platform om het verlies van elektrolyten in het zweet tijdens het sporten te monitoren. Na het verzamelen van gegevens werden de sensoren losgemaakt, zodat nieuwe voor ECG en temperatuur deze konden vervangen om de cardiovasculaire respons te meten, wat het potentieel van HMGN aantoont voor efficiënte multifunctionele draagbare elektronica. Dergelijke flexibele, modulaire apparaten kunnen gepersonaliseerde diagnostiek en behandelingen bevorderen die zijn afgestemd op individuele patiënten en contexten. Het voortdurend volgen van biofysische en biochemische markers buiten de klinische omgeving belooft ook een verschuiving van de geneeskunde naar preventieve zorg in plaats van naar reactieve benaderingen. De weg voorwaarts omvat het verbeteren van de biocompatibiliteit van HMGN voor meer lichaamslocaties en het uitbreiden van sensortypen voor omstandigheden zoals glucose, vochtigheid en spanning. Terwijl magnetisch zelf-geassembleerde elektronica veelbelovende herconfigureerbaarheid introduceert, beperkt handmatig wisselen nog steeds snelle apparaataanpassingen aan meerdere scenario's over korte tijdspannes. Volledig geïntegreerde systemen die modulaire plug-and-play-sensoren automatisch herschikken als reactie op contextuele input en gebruikspatronen vertegenwoordigen de volgende grens. Niettemin helpt deze doorbraak de visie te verwezenlijken van intelligente draagbare apparaten die de gezondheid verbeteren door zich aan te passen aan de veranderende behoeften van elke gebruiker. Lasergeïnduceerde magnetische grafeen-nanocomposieten effenen de weg naar aanpasbare multifunctionele elektronica die het welzijn XNUMX uur per dag bij dagelijkse activiteiten continu bewaakt. De hier ontwikkelde modulaire, omkeerbare aanpak brengt de droom van gepersonaliseerde, preventieve en participatieve geneeskunde dichterbij.
– Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk LLC
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64522.php
