بهبود وضعیت حسگر‌های قابل پوشیدن با یک فناوری جدید

حسگر‌های پوشیدنی پزشکی که روی پوست و دستگاه‌های بهداشتی قرار می‌گیرند ابزار‌های مراقبت بهداشتی مهمی هستند که باید بسیار انعطاف‌پذیر و نازک باشند تا بتوانند با حرکت بدن انسان حرکت کنند. علاوه بر این، این فناوری باید در برابر خم شدن و کشش مقاومت کند و برای جلوگیری از تحریک و ناراحتی باید نفوذ پذیر باشد. یکی دیگر از ویژگی‌های مهم در ایمنی این دستگاه‌ها مدار حفاظتی مورد نیاز در برابر گرمای بیش از حد است که از داغ شدن بیش از حد دستگاه و سوختن کاربر جلوگیری می‌کند. هر فناوری جدیدی که برای این حسگر‌ها توسعه می‌یابد باید این نیاز‌ها را برآورده کند.

اخیرا محققان نشان دادند که چگونه می‌توان یک جزء مهم از حسگر‌ها به نام ترمیستور را با استفاده از یک شبکه فیبر بسیار نازک ساخت. ترمیستور‌ها نوعی مقاومت هستند که مقاومت آن‌ها به میزان قابل توجهی با دما تغییر می‌کند. یک مدار حفاظت از گرمای بیش از حد برای جلوگیری از سوختن بافت‌های بیولوژیکی در طول عملکرد دستگاه‌ها مورد نیاز است. یکی از گزینه‌ها ترمیستور با ضریب دمای مثبت پلیمری (PTC) است که مقاومت زیادی در محدوده‌های دمایی دارد. برای استفاده از چنین ترمیستور‌هایی در سنسور‌های پزشکی روی پوست، آن‌ها باید تا چند صد میکرومتر قابل کشش و خم شدن باشند. با این حال ساخت ترمیستوری که ویژگی‌های دمایی آن در هنگام پیچیده شدن و خمش تا شعاع ۱ میلی متر همچنان یکسان بماند چالش برانگیز است.

برای این فناوری مهم است که بتواند به دور سوزن بپیچد، زیرا گاهی اوقات این حسگر‌ها در حین استفاده به سوزن‌ها متصل می‌شوند. برای رسیدن به این هدف ترمیستور باید بسیار نازک باشد. محققان از تکنیکی به نام الکتروریسی برای ایجاد ترمیستور پلیمری (PTC) از نوع بسیار نازک استفاده کردند. الکتروریسی از برق برای ایجاد الیاف ریز استفاده می‌کند. این الیاف را می‌توان از مواد مختلفی ساخت، اما در این مورد محققان از محلول مواد کامپوزیتی استفاده کردند. سپس ترمیستور جدید طراحی شده برای اطمینان از دستیابی به قابلیت‌های عملکرد مشابه با فناوری موجود مورد آزمایش قرار گرفت. ترمیستور پلیمری (PTC) مشبک با افزایش سه برابری مقاومت خود نشان داد که دارای یک مشخصه مهم برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و سوختگی است.

با استفاده از ساختار مشبک، ترمیستور به شفافیت نیز دست یافت که می‌تواند به ترکیب شدن و نفوذپذیری گاز در پوست کمک کند. نفوذپذیری گاز ضروری است، زیرا از تحریک و ناراحتی جلوگیری می‌کند. بااین کار محققان عملکرد ترمیستور پیچیده شده در اطراف یک سوزن ۲۸۹ میکرومتری را با ساخت الیاف روی یک فیلم فوق نازک ۱/۴میکرومتری نشان دادند. حتی با وجود لایه الیافی که به ساختار حرارتی حسگر اضافه شد ترمیستور بسیار نازک باقی ماند. این مهم است، زیرا هر وسیله پزشکی پوشیدنی باید بتواند خم شدن را تحمل کند پس وقتی دستگاه نازک‌تر است فشار کمتری ایجاد می‌شود.

اگرچه این فناوری در ساخت ترمیستور امیدوارکننده است، اما باید تحقیقات بیشتری انجام شود تا این فناوری جایگزین قابل اعتمادی برای فناوری ترمیستور فعلی در بازار باشد. یک ترمیستور مشبک به دلیل تعداد محدود مسیر‌های رسانا مقاومت اولیه بالایی دارد. محققان پیشنهاد کردند که کاهش فاصله بین الیاف یا افزایش تعداد الکترود‌های مورد استفاده می‌تواند برخی از این مشکلات را حل کند، اما آزمایشات بیشتری باید انجام شود. محققان عنوان کردند: گام بعدی کاربرد‌های عملی ترمیستور‌های توسعه یافته است. ما معتقدیم که ترمیستور‌های فوق انعطاف پذیر و قابل نفوذ گاز می‌توانند به عنوان اجزای جلوگیری از گرمای بیش از حد برای دستگاه‌های روی پوست یا قابل کاشت عمل کنند که حسگر‌های انعطاف پذیر را ایمن‌تر و قابل اطمینان‌تر می‌کند.