Un nuovo sensore di gas resistente all'acqua può essere indossato sotto il naso per rilevare il biossido di azoto nel respiro, la cui concentrazione può indicare potenziali malattie polmonari. Credito:fornito da Li Yang
È ora possibile un monitoraggio accurato e continuo del biossido di azoto e di altri gas in ambienti umidi, grazie a un nuovo sensore di gas resistente all'acqua sviluppato da Huanyu "Larry" Cheng, James L. Henderson Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics, e la sua squadra.
Il sensore rileva il biossido di azoto nel respiro, la cui concentrazione può indicare potenziali malattie polmonari, o in ambienti particolari per monitorare la qualità dell'aria. L'approccio del team è stato pubblicato in Microsystems &Nanoengineering .
Mentre Cheng in precedenza aveva sviluppato un sensore impermeabile, quel sensore poteva rilevare solo la temperatura e il movimento. Cheng ha anche sviluppato un sensore di gas in microscala altamente personalizzabile, nonché un sensore di gas flessibile, poroso e sensibile. Umidità, sudore o altra esposizione all'umidità, tuttavia, hanno reso i sensori inutilizzabili.
"Non possiamo evitare i livelli di umidità nell'ambiente, motivo per cui abbiamo voluto enfatizzare la proprietà resistente all'umidità", ha affermato Cheng.
I ricercatori hanno utilizzato lo stesso grafene indotto dal laser (LIG), un metodo di fabbricazione rapido, economico ed ecologico che utilizza la scrittura laser per assemblare strati bidimensionali di grafene, come facevano per i precedenti sensori di gas. Questa volta, tuttavia, hanno anche aggiunto un morbido substrato polimerico elastomerico e una membrana semipermeabile resistente all'umidità su entrambi i lati dello strato di rilevamento LIG.
Il nuovo sensore è estensibile e morbido, il che consente di indossarlo a lungo sulla pelle, secondo i ricercatori. Credito:fornito da Li Yang
"Il grafene indotto dal laser è idrofilo, quindi è intrinsecamente un materiale che assorbe l'acqua", ha detto Cheng. "L'acqua scenderà naturalmente nel materiale e ne cambierà le proprietà. Se il sensore ha delle molecole d'acqua assorbite, ciò cambierà la risposta. Usando una membrana semipermeabile con il LIG, possiamo bloccare l'acqua o l'umidità dal all'esterno, ma consentono comunque la permeazione della molecola del gas bersaglio. Poiché il nuovo materiale è elastico e morbido, può essere indossato a lungo sulla pelle senza causare irritazioni".
Per testare i sensori, i ricercatori li hanno usati per valutare il respiro di 30 individui. Hanno scoperto che i valori di risposta del sensore erano più di quattro volte maggiori per i pazienti affetti da broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) o asma rispetto a quelli che non lo avevano, il che significa che le persone con BPCO o asma avevano una quantità di biossido di azoto più di quattro volte superiore nella loro espirazione.
"Con questo sensore, siamo molto più vicini all'effettiva applicazione dell'aiuto a un paziente", ha affermato il coautore Li Yang, professore associato presso la School of Health Sciences and Biomedical Engineering presso l'Hebei University of Technology. "Questo sensore potrebbe essere utilizzato per il processo di screening precoce, per rendere qualcuno consapevole della potenziale condizione che potrebbe trasformarsi in una preoccupazione maggiore in seguito, e anche per il paziente con BPCO o asma esistente per monitorare l'ambiente per la potenziale esposizione al biossido di azoto in modo che può adottare misure di prevenzione precoce, come evitare alcune aree con livelli di biossido di azoto più elevati".
Cheng ha affermato che alla fine questo sensore potrebbe essere utilizzato per monitorare non solo il benessere individuale, ma anche per comprendere meglio la salute di una popolazione. + Esplora ulteriormente
