Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Tiên tiến và Kỹ thuật Sinh học SFI và từ Trường Vật lý Trinity, đã phát triển công nghệ cảm biến dựa trên graphene thế hệ tiếp theo bằng cách sử dụng vật liệu G-Putty cải tiến. Các cảm biến in của nhóm nhạy hơn 50 lần so với tiêu chuẩn công nghiệp và vượt trội hơn các cảm biến hỗ trợ nano tương đương khác ở tính linh hoạt, một chỉ số quan trọng được coi là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong ngành. Tối đa hóa độ nhạy và tính linh hoạt nhưng không làm giảm hiệu suất khiến cho công nghệ này trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các lĩnh vực mới nổi của thiết bị điện tử đeo tay và thiết bị chẩn đoán y tế. Nhóm nghiên cứu - dẫn đầu bởi Giáo sư Jonathan Coleman từ Trường Vật lý Trinity, một trong những nhà khoa học nano hàng đầu thế giới - đã chứng minh rằng họ có thể sản xuất một cảm biến biến dạng tổng hợp nano graphene in, chi phí thấp. Họ đã phát triển một phương pháp để tạo ra loại mực dựa trên G-Putty, được in dưới dạng màng mỏng trên chất nền đàn hồi, bao gồm cả chất hỗ trợ băng để dễ dàng gắn vào da. Sau khi tạo và thử nghiệm các loại mực có độ chảy khác nhau, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng họ có thể điều chỉnh mực G-Putty theo công nghệ in và ứng dụng của nó. Trong các cơ sở y tế, cảm biến sức căng là một công cụ chẩn đoán có giá trị cao được sử dụng để đo những thay đổi về sức căng cơ học như nhịp mạch hoặc những thay đổi trong khả năng nuốt của nạn nhân đột quỵ. Cảm biến sức căng này hoạt động bằng cách phát hiện sự thay đổi cơ học và chuyển đổi nó thành một tín hiệu điện tỷ lệ, do đó hoạt động như một bộ chuyển đổi cơ-điện. Mặc dù cảm biến sức căng hiện đang có sẵn rất nhiều trên thị trường nhưng chúng chủ yếu được làm từ phôi kim loại gây ra những hạn chế về khả năng đeo trên người, tính linh hoạt và độ nhạy. Giáo sư Coleman nói: "Trước đây chúng tôi đã tạo ra nanocompozit graphene với polyme giống như những chất được tìm thấy trong dây cao su và nhựa dẻo thông minh (silly putty). Giờ đây, chúng tôi đã biến G-putty (một loại nhựa dẻo thông minh trộn lẫn than chì có khả năng uốn dẻo cao), thành một hỗn hợp mực có tính chất cơ và điện tuyệt vời. Các loại mực của chúng tôi có ưu điểm là có thể chuyển thành một thiết bị hoạt động bằng các phương pháp in công nghiệp, từ in lưới, đến in phun sol khí hay lắng phủ cơ học. "Một ưu điểm nữa là hệ thống chi phí thấp và có thể kiểm soát nhiều thông số khác nhau trong quá trình sản xuất, điều này mang lại khả năng điều chỉnh độ nhạy của vật liệu cho các ứng dụng cụ thể nhằm phát hiện các biến dạng thực sự nhỏ." Xu hướng thị trường hiện tại của thiết bị y tế toàn cầu cho thấy rằng nghiên cứu này là rất phù hợp trong giai đoạn chuyển sang các cảm biến cá nhân hóa, có thể điều chỉnh, và đeo trên cơ thể, có thể dễ dàng tích hợp vào quần áo hoặc đeo trên người. Vào năm 2020, thị trường cho các thiết bị y tế kiểu này được đánh giá 16 tỷ USD với kỳ vọng tăng trưởng đáng kể, đặc biệt là các thiết bị theo dõi bệnh nhân từ xa và ngày càng tập trung vào theo dõi thể dục và lối sống. Nhóm nghiên cứu có tham vọng chuyển các công trình khoa học thành sản phẩm. Tiến sĩ Daniel O'Driscoll, Trường Vật lý của Trinity, nói thêm: "Sự phát triển các cảm biến này đánh dấu một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực thiết bị chẩn đoán đeo tay - các thiết bị có thể được in theo các mẫu tùy chỉnh và được gắn thoải mái trên cơ thể bệnh nhân để theo dõi một loạt các quá trình sinh học khác nhau. "Chúng tôi hiện đang nghiên cứu các ứng dụng theo dõi nhịp thở và mạch theo thời gian thực, cử động khớp và dáng đi cũng như chuyển dạ sớm trong thai kỳ. Bởi vì các cảm biến này kết hợp độ nhạy cao, độ ổn định và phạm vi cảm biến rộng với khả năng in các mẫu thiết kế riêng lên các chất nền linh hoạt và có thể đeo trên cơ thể người, nên chúng tôi có thể điều chỉnh cảm biến cho phù hợp với từng ứng dụng. Các phương pháp được sử dụng để sản xuất thiết bị này có chi phí thấp và dễ mở rộng quy mô" Giáo sư Coleman gần đây đã được trao một khoản trợ cấp của Hội đồng Nghiên cứu Chứng thực Khái niệm Châu Âu để bắt đầu phát triển một nguyên mẫu cho sản phẩm thương mại dựa trên những kết quả này. Mục tiêu cuối cùng của nhóm là xác định các nhà đầu tư tiềm năng và các đối tác trong ngành, đồng thời hình thành một chuỗi liên kết xoay quanh công nghệ tập trung vào cả các ứng dụng giải trí và y tế.
Nguồn:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210504135720.htm