نانوحسگر‌های دقیق و خودتوان کار پزشکان را ساده‌تر می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پیشرفت‌های نوآورانه‌ای در فناوری حسگر‌های پوشیدنی با معرفی حسگر‌های مبتنی بر فوم گرافن متخلخل و ترموالکتریک به دست آمده است. این حسگر‌ها قادرند اندازه‌گیری‌های دما و فشار را به‌طور همزمان و دقیق انجام دهند و برای کاربرد‌های مختلف مناسب هستند. این دستاورد، امکان‌های جدیدی برای نظارت بر سلامت و ارائه راه‌حل‌های ایمنی فراهم می‌کند.

این حسگر نوآورانه که با استفاده از نگارش مستقیم با لیزر توسعه یافته است، می‌تواند تغییرات دما را با دقت ۰.۵ درجه سانتی‌گراد و فشار (استرین) را با فاکتور گیج ۱۴۰۱.۵ تشخیص دهد. چنین دقتی برای نظارت بلادرنگ بر تغییرات محیطی، از جمله خطرات احتمالی آتش‌سوزی، حیاتی است.

این مطالعه که توسط محققان دانشگاه صنعتی هِبی پکن انجام شده است، به یکی از چالش‌های مهم حسگر‌های پوشیدنی امروزی می‌پردازد: تفکیک همزمان چندین سیگنال ورودی.

به‌طور معمول، دستگاه‌های پوشیدنی که از منابع انرژی مختلف مانند باتری‌ها و ابرخازن‌ها استفاده می‌کنند، در ردیابی بیش از یک متغیر (مانند دما و فشار) با دقت پایین مواجه بوده‌اند.

با ایجاد ساختار‌های گرافن متخلخل، محققان نه‌تنها حساسیت حسگر‌ها را بهبود بخشیده‌اند، بلکه پیچیدگی و هزینه‌های مرتبط با آرایه‌های چندحسگری را نیز کاهش داده‌اند. استفاده از PEDOT:PSS که به دلیل رسانایی و سازگاری با مواد مختلف شناخته شده است، خواص ترموالکتریک حسگر را تقویت کرده و ضریب سیبک (Seebeck coefficient) آن را از ۹.۷۰۳ میکروولت بر درجه سانتی‌گراد به ۳۷.۳۳ میکروولت بر درجه سانتی‌گراد افزایش داده است.

کاربرد‌های این حسگر‌ها بسیار گسترده است و به‌ویژه در نظارت بلادرنگ بر روند بهبود زخم‌ها مورد توجه قرار گرفته است. مطالعات اولیه انجام‌شده روی موش‌ها توانایی این حسگر‌ها را در ارائه داده‌های پیوسته درباره دما و فشار در محل زخم نشان داد. این اطلاعات می‌تواند برای متخصصان بهداشت و درمان که هدفشان جلوگیری از عوارضی مانند التهاب یا عفونت است، بسیار ارزشمند باشد.

یکی دیگر از کاربرد‌های امیدوارکننده این حسگرها، استفاده از آنها به عنوان هشداردهنده‌های خودتغذیه شونده آتش‌سوزی است. این حسگر‌ها به افزایش دما به‌طور حساس واکنش نشان می‌دهند و می‌توانند در صورت تشخیص سطوح غیرعادی گرما، هشدار دهند. این ویژگی به‌ویژه برای مناطق دورافتاده یا صنعتی که منابع انرژی ممکن است قابل اعتماد نباشند، مفید است.

روش مورد استفاده محققان شامل به‌کارگیری فناوری لیزر CO ۲ برای ایجاد ساختار‌های متخلخل از مواد حاوی کربن است. این رویکرد نه‌تنها هزینه‌ها را به حداقل می‌رساند، بلکه فرآیند تولید را نیز ساده می‌کند و این حسگر‌ها را برای استفاده گسترده در دسترس قرار می‌دهد. ساختار متخلخل این حسگر‌ها قابلیت کشش‌پذیری بالایی (تا ۴۵٪) دارد و امکان کاربرد‌های پویا مانند نظارت مداوم بر فعالیت‌های انسانی یا علائم فیزیولوژیکی را بدون کاهش راحتی یا عملکرد فراهم می‌کند.

لی یانگ، سرپرست این تیم تحقیقاتی، اظهار داشت: «حسگر ما فرصت‌های کاربردی منحصربه‌فردی از نظارت بر بهبود زخم تا هشدار‌های خودتغذیه شونده آتش‌سوزی ارائه می‌دهد.»

این تیم امیدوار است با استفاده از این یافته‌ها، حسگر‌های چندکاره با قابلیت‌های پیشرفته‌تر برای نظارت بر سلامت توسعه دهد.

با قابلیت عملکرد این حسگر‌ها بدون نیاز به منابع انرژی خارجی، یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های فناوری پوشیدنی پزشکی برطرف می‌شود. ادغام بی‌نقص مواد پیشرفته و روش‌های ساخت نوین، راه را برای روش‌های نوآورانه در نظارت بر سلامت شخصی و راهبرد‌های ایمنی هموار می‌کند.

اگرچه نتایج اولیه امیدوارکننده هستند، تحقیقات آتی به بررسی پتانسیل کامل این حسگر‌ها در کاربرد‌های مختلف، از جمله منسوجات هوشمند و سیستم‌های پیچیده‌تر نظارت بر سلامت ادامه خواهد داد. این مطالعه گام بعدی در پیشرفت حسگر‌های پوشیدنی خودتوان و پاسخگو را نشان می‌دهد.

با پیشرفت فناوری حسگرها، محققان نه‌تنها دستگاه‌ها را بهبود می‌بخشند، بلکه کیفیت زندگی را نیز ارتقا می‌دهند و ابزار‌هایی را برای متخصصان بهداشت و درمان و بهبود اقدامات ایمنی در محیط‌های بالقوه خطرناک فراهم می‌کنند.