Gli ingegneri stampano sensori indossabili direttamente sulla pelle senza calore

Gli ingegneri stampano sensori indossabili direttamente sulla pelle senza calore
Con un nuovo strato per aiutare i componenti metallici del sensore a legarsi, un team internazionale di ricercatori ha stampato i sensori direttamente sulla pelle umana. Credito: Ling Zhang, Penn State/Cheng Lab e Harbin Institute of Technology

I sensori indossabili si stanno evolvendo da orologi ed elettrodi a dispositivi pieghevoli che forniscono misurazioni biometriche molto più precise e comfort per gli utenti. Ora, un team internazionale di ricercatori ha fatto un ulteriore passo avanti nell’evoluzione stampando i sensori direttamente sulla pelle umana senza l’uso del calore.

Guidato da Huanyu “Larry” Cheng, docente di sviluppo professionale di Dorothy Quiggle presso il Dipartimento di scienze ingegneristiche e meccanica della Penn State, il team ha pubblicato i propri risultati in Materiali applicati e interfacce ACS.

“In questo articolo, riportiamo una tecnica di fabbricazione semplice ma universalmente applicabile con l’uso di un nuovo strato di aiuto alla sinterizzazione per consentire la stampa diretta per i sensori sul corpo”, ha affermato il primo autore Ling Zhang, ricercatore presso l’Harbin Institute of Technology in Cina. e nel laboratorio di Cheng.

Cheng e i suoi colleghi hanno precedentemente sviluppato circuiti stampati flessibili da utilizzare nei sensori indossabili, ma la stampa direttamente sulla pelle è stata ostacolata dal processo di incollaggio dei componenti metallici nel sensore. Chiamato sinterizzazione, questo processo richiede in genere temperature di circa 572 gradi Fahrenheit?00 gradi Celsius per legare insieme le nanoparticelle d’argento del sensore.

“La superficie della pelle non può sopportare una temperatura così elevata, ovviamente”, ha detto Cheng. “Per aggirare questa limitazione, abbiamo proposto uno strato di aiuto alla sinterizzazione, qualcosa che non danneggerebbe la pelle e potrebbe aiutare il materiale a sinterizzare insieme a una temperatura inferiore”.

Aggiungendo una nanoparticella alla miscela, le particelle d’argento si sinterizzano a una temperatura inferiore di circa 212 F (100 C).

“Questo può essere usato per stampare sensori su vestiti e carta, il che è utile, ma è ancora più alto di quanto possiamo sopportare alla temperatura della pelle”, ha detto Cheng, che ha notato che circa 104 F?0 C攃 potrebbero ancora bruciare il tessuto cutaneo. “Abbiamo cambiato la formula dello strato ausiliario, cambiato il materiale di stampa e abbiamo scoperto che potevamo sinterizzare a temperatura ambiente”.

Lo strato ausiliario per la sinterizzazione a temperatura ambiente è costituito da pasta di alcol polivinilico, l’ingrediente principale delle maschere facciali pelabili, e carbonato di calcio, che comprende gusci d’uovo. Lo strato riduce la rugosità della superficie di stampa e consente uno strato ultrasottile di motivi metallici che possono piegarsi e piegarsi mantenendo le capacità elettromeccaniche. Quando il sensore viene stampato, i ricercatori utilizzano un soffiatore ad aria, come un asciugacapelli impostato su freddo, per rimuovere l’acqua che viene utilizzata come solvente nell’inchiostro.

“Il risultato è profondo”, ha detto Cheng. “Non abbiamo bisogno di fare affidamento sul calore per sinterizzare”.

I sensori sono in grado di catturare in modo preciso e continuo temperatura, umidità, livelli di ossigeno nel sangue e segnali di prestazioni cardiache, secondo Cheng. I ricercatori hanno anche collegato i sensori sul corpo in una rete con capacità di trasmissione wireless per monitorare la combinazione di segnali mentre progrediscono.

Il processo è anche rispettoso dell’ambiente, ha detto Cheng. Il sensore rimane robusto in acqua tiepida per alcuni giorni, ma una doccia calda lo rimuoverà facilmente.

“Potrebbe essere riciclato, poiché la rimozione non danneggia il dispositivo”, ha detto Cheng. “E, soprattutto, la rimozione non danneggia nemmeno la pelle. Questo è particolarmente importante per le persone con pelle sensibile, come gli anziani e i bambini. Il dispositivo può essere utile senza essere un onere aggiuntivo per la persona che lo utilizza o per l’ambiente. ”

Successivamente, i ricercatori hanno in programma di modificare la tecnologia per indirizzare applicazioni specifiche secondo necessità, come una precisa rete di sensori sul corpo posizionata per monitorare i particolari sintomi associati a COVID-19.


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