Grafeno Induzido a Laser: Revolucionando Tecnologia Vestível de Saúde

Grafeno — átomos de carbono arranjados hexagonalmente em uma única camada com maleabilidade superior e alta condutividade — pode impactar o desenvolvimento de futuros dispositivos de detecção de movimento, sensoriamento tátil e monitoramento de saúde.

Várias substâncias podem ser convertidas em carbono para criar grafeno através de radiação a laser. Chamado de grafeno induzido a laser (LIG), o produto resultante pode ter propriedades específicas determinadas pelo material original. Amostras de poliamida, um tipo de plástico, foram irradiadas através de varredura a laser. Pesquisadores variaram a potência, velocidade de varredura, número de passagens e densidade de linhas de varredura para ver como diferentes parâmetros do processo de processamento a laser criam diferentes nanoestruturas.

Os pesquisadores descobriram que níveis de potência mais baixos, de 7,2 watts a aproximadamente 9 watts, resultaram na formação de uma espuma porosa com muitas camadas ultrafinas. Esta espuma LIG exibiu condutividade elétrica e uma resistência justa a danos de calor — ambas propriedades úteis em componentes de dispositivos eletrônicos.

Aumentar a potência de aproximadamente 9 watts a 12,6 watts mudou o padrão de formação LIG de espuma para feixes de pequenas fibras. Estes feixes cresceram em diâmetro com potência de laser aumentada, enquanto potência mais alta promoveu o crescimento de uma rede de fibras semelhante a teia. A estrutura fibrosa mostrou melhor condutividade elétrica que a espuma. Este desempenho aumentado, combinado com a forma da fibra, pode abrir possibilidades para dispositivos de detecção. Enquanto a fibra for condutiva, pode ser usada como andaime; modificações subsequentes na superfície podem habilitar vários sensores como um sensor de glicose na pele ou um detector de infecção para feridas.

Variar a velocidade de varredura a laser, densidade e passagens para o LIG formado em diferentes potências também influenciou condutividade e desempenho subsequente. Mais exposição a laser resultou em maior condutividade mas eventualmente caiu devido a excesso de carbonização por queima.

A equipe projetou, fabricou e testou um sensor de pressão flexível LIG. Para o primeiro design, eles colocaram uma fina camada de espuma LIG entre duas camadas de poliamida contendo eletrodos de cobre. Quando pressão foi aplicada, o LIG gerou eletricidade. Os vazios na espuma reduziram o número de caminhos para a eletricidade viajar, tornando mais fácil localizar a fonte de pressão, e pareceu melhorar a sensibilidade a toques delicados.

Este design, quando anexado ao dorso da mão ou ao dedo, detectou movimentos de dobra e estiramento da mão, bem como as ondas características de percussão, maré e diástole dos batimentos cardíacos. Esta leitura de pulso poderia ser combinada com uma leitura de eletrocardiograma para produzir medições de pressão arterial sem manguito.

No segundo design, os pesquisadores incorporaram nanopartículas na espuma LIG. Estas minúsculas esferas de dissulfeto de molibdênio, um semicondutor que pode atuar como condutor e isolante, aumentaram a sensibilidade e resistência a forças físicas da espuma. Este design também foi resiliente a uso repetido, mostrando desempenho quase idêntico antes e depois de quase 10.000 usos.