可穿戴生物感測器材料:科學家利用靜電紡絲法制造多孔矽酮使汗液蒸發

2020-09-17分类:科學

可穿戴在人體面板上或在人體內安全使用的生物感測器在醫療和日常健康監測方面都越來越普遍。找到合適的材料將感測器綁在一起並把它們粘到表面也是使這項技術更好的一個重要部分。賓厄姆頓大學紐約州立大學最近的一項研究提供了一個可行的解決方案,尤其是針對面板應用。

馬修·S·布朗(Matthew S.Brown)是生物醫學工程系助理教授Ahyeon Koh的實驗室的四年級博士生,他是“電子?ECM:先進生物整合連續感測平臺的可滲透微孔彈性體”(ElectroniceECM:一個可滲透的微孔彈性體)的主要作者,發表在該雜誌上。先進材料技術.

本研究利用聚二甲基矽氧烷(PDMS)作為一種有機矽材料,由於其生物相容性和軟力學特性,在生物感測器中得到了廣泛的應用。它通常被用作固體薄膜,非多孔材料,這會導致感測器透氣性和汗液蒸發方面的問題。

布朗說:“在運動監控中,如果你的面板上有一個裝置,那麼汗水就會在這個裝置下堆積起來。”他說:“這會引致發炎,而持續監察的應用亦會出現不準確的情況。

“例如,一項心電圖分析的實驗顯示,多孔PDMS允許運動時汗液蒸發,能夠保持高解析度訊號,而非多孔PDMS不能使汗液輕易蒸發,導致運動後訊號解析度降低。”

這個團隊透過靜電紡絲製造了一種多孔PDMS材料,這是一種透過使用電力製造奈米纖維的生產方法。

在機械測試中,研究人員發現這種新材料的作用類似於人體表皮的膠原纖維和彈性纖維。這種材料還可以作為一種乾燥的粘合劑,用於電子產品在面板上的強層壓板,用於無粘合劑的監測。與非多孔PDMS薄膜相比,使用7天后,生物相容性和活性測試也顯示出更好的結果。

布朗說:“你可以在各種各樣的應用中使用這種方法,當你需要液體透過物質--比如汗液--被動地透過裝置蒸發時。”

由於該材料的滲透結構具有生物流體、小分子和氣體擴散的能力,可與面板、神經、心臟等軟組織結合,減少應用部位的炎症。

布朗所看到的應用包括用於治療長期慢性創傷的電子裝置;用於氧氣和二氧化碳呼吸監測的可呼吸電子裝置;在可植入電子裝置中整合人類細胞的裝置;以及實時、體外化學和生物監測。

KOH--他最近的專案包括出汗輔助電池動力和生物監測--將多孔PDMS研究描述為“我的研究的基石”。

她說:“我的實驗室對開發可穿戴電子產品以外的生物整合感測系統非常感興趣。”“目前,在過去10年裡,技術已經在發展耐用和靈活的裝置方面取得了進步。但我們始終希望更進一步,創造出可以應用於更隱身系統的感測器,而不僅僅是在面板上。”

他說:“在她與電氣及電腦工程系的蔡海恩副教授進行的另一項研究中,高女士也看到了這種多孔PDMS材料的可能性。她和崔順實正在結合他們的優勢,為軟生物電子學制作可伸展的紙張,使我們能夠監測生理狀態。”

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