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Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato una nuova tecnica per produrre sensori biometrici precisi e ad alte prestazioni

Con un nuovo strato per aiutare i componenti metallici del sensore, un team internazionale di ricercatori ha stampato i sensori direttamente sulla pelle umana.

Gli ingegneri stampano sensori indossabili direttamente sulla pelle senza calore

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 sensori direttamente sulla pelle umana senza l’uso di calore.

Guidato da Huanyu “Larry” Cheng, Dorothy Quiggle Professore di sviluppo professionale presso il Dipartimento di ingegneria e meccanica della Penn State, il team ha pubblicato i risultati in ACS Applied Materials & Interfaces .

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

Cheng e i suoi colleghi avevano 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 tipicamente temperature di circa 572 gradi Fahrenheit (300 gradi Celsius) per legare insieme le nanoparticelle d’argento del sensore.

“La superficie della pelle non può sopportare una temperatura così alta, ovviamente”, ha detto Cheng. “Per aggirare questa limitazione, abbiamo proposto uno strato ausiliario per la 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 sinterizzano a una temperatura inferiore di circa 212 F (100 C).

“Questo può essere utilizzato 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 (40 C) 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 nelle maschere pelabili – e carbonato di calcio – che comprende i 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 d’aria, come un asciugacapelli impostato sul 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”.

Secondo Cheng, i sensori sono in grado di acquisire in modo preciso e continuo temperatura, umidità, livelli di ossigeno nel sangue e segnali delle prestazioni cardiache. I ricercatori hanno anche collegato i sensori sul corpo a 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 peso 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 sintomi particolari associati a COVID-19.

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