Sensor de Grafeno Induzido a Laser para Monitoramento Preciso de Temperatura e Deformação em Cuidado de Feridas

Universidade Penn State, University Park, PA

O sensor flexível, ideal para uso no corpo humano, usa grafeno induzido a laser para medir simultânea mas separadamente temperatura e deformação, potencialmente permitindo melhor monitoramento de cicatrização de feridas ao fornecer insights mais claros sobre inflamação e recuperação. (Imagem: Jennifer M. McCann/ Penn State)

Um grande desafio em sensores vestíveis autoalimentados para monitoramento de saúde é distinguir diferentes sinais quando ocorrem ao mesmo tempo. Pesquisadores da Penn State e da Universidade de Tecnologia de Hebei da China abordaram esta questão descobrindo uma nova propriedade de um material de sensor, permitindo à equipe desenvolver um novo tipo de sensor flexível que pode medir com precisão tanto temperatura quanto deformação física simultaneamente mas separadamente para pinpointar vários sinais com mais precisão.

"Este material de sensor único que desenvolvemos tem aplicações potencialmente importantes em monitoramento de saúde," disse o Co-Autor Correspondente Huanyu "Larry" Cheng, Professor Associado James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciência e Mecânica de Engenharia (ESM) na Penn State. "Medindo com precisão tanto mudanças de temperatura quanto deformação física ou tensão criada por uma ferida cicatrizando e medindo isso separando os dois sinais, poderia revolucionar o rastreamento de cicatrização de feridas. Médicos poderiam obter uma imagem muito mais clara do processo de cicatrização, identificando problemas como inflamação precocemente."

Os pesquisadores visaram medir com precisão sinais de temperatura e deformação sem interferência cruzada usando grafeno induzido a laser, um material 2D. Como todos materiais 2D incluindo grafeno regular, grafeno induzido a laser (LIG) tem um a poucos átomos de espessura com propriedades únicas, mas com uma reviravolta. Grafeno induzido a laser (LIG) forma quando um laser aquece certos materiais ricos em carbono — como plástico ou madeira — de uma forma que converte sua superfície em uma estrutura de grafeno. O laser essencialmente "escreve" o grafeno diretamente no material, tornando-o uma forma simples e escalável de produzir padrões de grafeno para eletrônicos, sensores e dispositivos de energia.

LIG tem sido usado antes em várias aplicações. Anteriormente, Cheng e sua equipe usaram LIG para sensores de gás, detectores eletroquímicos para análise de suor, supercapacitores e mais. No entanto, os pesquisadores disseram que acreditam ter descoberto uma nova propriedade de LIG pela primeira vez que o torna ideal para um sensor multi-propósito e preciso.

"Neste estudo particular, meio que tropeçamos no fato de que este material também tem propriedades termoelétricas," disse Cheng. "Acreditamos que esta é a primeira vez que alguém reportou grafeno induzido a laser tendo capacidades termoelétricas. E isso é realmente importante para o que estamos tentando fazer aqui, que é medir separadamente tanto mudanças de temperatura quanto deformação física ou tensão."

Propriedades termoelétricas em um material referem-se à capacidade de converter diferenças de temperatura em voltagem elétrica e vice-versa, permitindo tais materiais serem usados para aplicações como colheita de energia e sensoriamento de temperatura. Segundo Cheng, esta propriedade termoelétrica recém-identificada de LIG torna fácil separar as duas medições do sensor e ideal para aplicações de saúde como um sensor embutido em um curativo.

"Quando você tem materiais sensíveis tanto a temperatura quanto a deformação, pode ser complicado saber qual sinal está causando mudanças no material," disse Cheng. "Mas usando este efeito termoelétrico no grafeno induzido a laser, podemos essencialmente desacoplar aquelas duas medições. Podemos olhar a resistência elétrica para obter informação sobre a deformação, enquanto também medimos a voltagem térmica para determinar a temperatura. É por isso que médicos poderiam usá-lo para rastrear tanto flutuações de temperatura quanto mudanças físicas no local da ferida e dar uma imagem muito mais clara de como a cicatrização está progredindo."

Para mais informações, contate Adrienne Berard em [email protegido].