Un gruppo di ricerca guidato dal professor Sei Kwang Hahn e dal dottor Tae Yeon Kim del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) ha utilizzato nanofili d'oro per sviluppare un dispositivo sensore indossabile integrato che misura ed elabora efficacemente due bio -segnala simultaneamente. I risultati della loro ricerca sono stati presentati in Materiali avanzati .
I dispositivi indossabili, disponibili in varie forme come attacchi e cerotti, svolgono un ruolo fondamentale nel rilevamento di segnali fisici, chimici ed elettrofisiologici per la diagnosi e la gestione delle malattie. I recenti passi avanti nella ricerca si concentrano sulla progettazione di dispositivi indossabili in grado di misurare più segnali biologici contemporaneamente.
Tuttavia, una sfida importante è stata rappresentata dai diversi materiali necessari per ciascuna misurazione del segnale, che hanno portato a danni all'interfaccia, fabbricazione complessa e ridotta stabilità del dispositivo. Inoltre, queste diverse analisi del segnale richiedono ulteriori sistemi e algoritmi di elaborazione del segnale.
Il team ha affrontato questa sfida utilizzando varie forme di nanofili d'oro (Au). Mentre i nanofili d’argento (Ag), noti per la loro estrema sottigliezza, leggerezza e conduttività, sono comunemente usati nei dispositivi indossabili, il team li ha fusi con l’oro. Inizialmente, hanno sviluppato nanofili d'oro sfusi rivestendo la parte esterna dei nanofili d'argento, sopprimendo il fenomeno galvanico.
Successivamente, hanno creato nanofili d'oro cavi incidendo selettivamente l'argento dai nanofili rivestiti d'oro. I nanofili d'oro sfusi hanno risposto in modo sensibile alle variazioni di temperatura, mentre i nanofili d'oro cavi hanno mostrato un'elevata sensibilità ai minimi cambiamenti di deformazione.
Questi nanofili sono stati poi modellati su un substrato costituito da polimero stirene-etilene-butilene-stirene (SEBS), perfettamente integrato senza separazioni. Sfruttando due tipi di nanofili d'oro, ciascuno con proprietà distinte, hanno progettato un sensore integrato in grado di misurare sia la temperatura che la deformazione.
Inoltre, hanno progettato un circuito logico per l'analisi del segnale, utilizzando il fattore di scartamento negativo risultante dall'introduzione di ondulazioni su scala micrometrica nel modello. Questo approccio ha portato alla creazione di successo di un sistema di dispositivo indossabile intelligente che non solo cattura ma analizza anche i segnali simultaneamente, il tutto utilizzando un unico materiale di Au.
I sensori del team hanno mostrato prestazioni notevoli nel rilevare sottili tremori muscolari, identificare i modelli di battito cardiaco, riconoscere il parlato attraverso i tremori delle corde vocali e monitorare i cambiamenti nella temperatura corporea. In particolare, questi sensori hanno mantenuto un'elevata stabilità senza causare danni alle interfacce del materiale. La loro flessibilità ed eccellente elasticità hanno permesso loro di adattarsi perfettamente alla pelle curva.
Il professor Sei Kwang Hahn ha dichiarato:"Questa ricerca sottolinea il potenziale per lo sviluppo di una piattaforma bioelettronica futuristica in grado di analizzare una vasta gamma di segnali biologici". Ha aggiunto:"Prevediamo nuove prospettive in vari settori, tra cui l'assistenza sanitaria e i sistemi elettronici integrati."
Ulteriori informazioni: Tae Yeon Kim et al, Dispositivi indossabili intelligenti multifunzionali che utilizzano circuiti logici di nanofili d'oro monolitici, Materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/adma.202303401
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
