فروشگاه کانواس (بوم مدل کسبوکار) آرباکو

ایجاد حسگرهای زیستی مؤثر، کم‌هزینه و راحت با چاپ فلزات روی لباس

چکیده

محققان یک سنسور بیوالکتریکی (حسگر زیست الکتریکی) را ابداع کرده‌اند که کم‌هزینه و راحت است. این حسگر، سیگنال‌های الکترومیوگرافی (برق نگاری ماهیچه) را اندازه‌گیری می‌کنند، این سیگنال‌ها در زمان انقباض در عضلات تولید می‌شوند و برای مطالعه خستگی و ریکاوری عضله مفید هستند و این پتانسیل را دارند که تشخیص و درمان بیماری‌های عصبی عضلانی را اطلاع‌رسانی کنند. بیو سنسور (حسگر زیستی) که از خمیر نقره با لایه‌ای از نانوذرات طلا در قسمت بالایی آن، ساخته شده، مستقیماً درون یک قطعه از لباس جای‌داده می‌شود. آنچه که به دست آمد یک ردیابی بود که هم رسانا بوده و هم پوست را نمی‌سوزاند.

موضوع اصلی

حسگرهای زیست الکتریکی روی پوست می‌توانند برای اندازه‌گیری سیگنال‌های الکتریکی در بدن مانند فعالیت قلب و انقباض عضله استفاده شوند و ازآنجایی‌که اطلاعات ارزشمندی را برای متخصصان بالینی فراهم می‌کنند، تکنولوژی حسگر زیست الکتریکی رایج می‌تواند تولیدی غیر مؤثر، سخت و گران داشته باشد.

در ژورنال APL Materials که توسط انتشارات AIP انجام شد، محققان دانشگاه یوتا (University of Utah) و دانشگاه ملی جایئونگسانگ (Gyeongsang National University) در کره جنوبی، یک حسگر زیست الکتریکی ابداع کرده‌اند که راحت و کم‌هزینه است.

این حسگر، سیگنال‌های الکترومیوگرافی (برق نگاری ماهیچه (EMG)) که در زمان انقباض در عضلات تولید می‌شوند را اندازه‌گیری می‌کند. سیگنال‌های EMG برای مطالعه خستگی و ریکاوری عضله مفید هستند و این پتانسیل را دارند که تشخیص و درمان بیماری‌های عصبی عضلانی را اطلاع‌رسانی کنند.

مؤلف هیوآنان ژانگ (Huanan Zhang) گفت: "سیگنالی که ما اندازه می‌گیریم یک ولتاژ در طی زمان است، هر لحظه که انگشتتان را حرکت دهید، پتانسیل بدن و همچنین پتانسیل عضله، تغییر می‌کند. پس می‌توانیم آن اختلاف پتانسیل را اندازه‌گیری کنیم."

حسگر زیستی مستقیماً درون قطعه‌ای از لباس جای‌داده می‌شود. حسگر زیستی مزایایی فراتر از راحتی و رفاه دارد (لباس نرم به معنای تماس بهتر با پوست و سیگنال بهتر می‌باشد).

ابتدا محققان خمیر نقره را مستقیماً روی پارچه چاپ کردند. نقره رسانا است و ماده خوبی برای ردیابی سیگنال‌های الکتریکی است. اگرچه کمی هم سمی است ولی در معرض طولانی قرارگرفتن با نقره می‌تواند سبب آزردگی و سوزش پوست گردد.

برای کنترل خواص مفید نقره در حین حل مشکلاتی که دارد، این تیم یک‌لایه از نانوذرات طلا را روی نقره قرار دادند. طلا کاملاً ذرات نقره را پوشاند و مانع تماس با پوست شد.نتیجه یک ردیاب بود که هم رسانا بود و هم پوست را نمی‌سوزاند. مقادیر طلا و نقره آن‌قدر کم است که هزینه کمی را هم در بر دارد.

دانشمندان کارایی حسگر زیستی را تست کردند بدین ترتیب که آن را در عضله دوسر بازو و انگشتان قرار دادند و سیگنال‌های ردیابی شده را در آن عضلاتی که در تمرینات گوناگون پیشرفت می‌کنند، بازبینی کردند.

چون حسگر بخشی از پارچه است و طوری طراحی شده که مدت‌های مدیدی استفاده شود، باید در برابر شستشو استقامت داشته باشد. این تیم کارایی حسگر را بعد از شستشوهای متعدد دوباره تست کردند و دریافتند که کارایی آن بالا مانده است.

ژانگ (Zhang) گفت: "این کار نه‌تنها یک دستگاه پوشیدنی طراحی می‌کند که عامل راحتی دارد بلکه کارایی عالی نیز داشته و زیست‌سازگار هم می‌باشد".

این تیم معتقد است که استفاده از این تکنیک‌های چاپ روی پارچه‌ها می‌تواند در حسگرهای زیست الکتریکی آینده انقلابی ایجاد نماید.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط مؤسسه فیزیک آمریکا (American Institute of Physics) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

تائهوان لیم (Taehwan Lim)، هیوآنان ژانگ (Huanan Zhang)، سوهی لی (Sohee Lee).

منسوجات الکترونیکی زیست سازگار و زیست پایدار پایه ترکیبات نانویی طلا و نقره برای حسگر های برق نگاری ماهیچه ای (الکترومیوگرافیکی)

Gold and silver nanocomposite-based biostable and biocompatible electronic textile for wearable electromyographic biosensors

ژورنال APL Materials، 2021؛ 9 (9): 091113 DOI: 10.1063/5.0058617