科学家利用有机硅材料打造出能呼吸的可穿戴生物传感器

在人体皮肤上或在体内安全使用的可穿戴生物传感器在医疗应用和日常健康监测中越来越普遍。寻找合适的材料将传感器绑定在一起并将其粘附到表面,这也是使这项技术变得更好的重要组成部分。宾汉姆顿大学的托马斯·沃森工程与应用科学学院的最新研究提供了一种可能的解决方案,尤其是在皮肤应用方面。

马修·布朗(Matthew S. Brown)是生物医学工程学系助理教授Ahyeon Koh实验室的四年级博士生,是《Biofluid‐Permeable Electronics: Electronic‐ECM: A Permeable Microporous Elastomer for an Advanced Bio‐Integrated Continuous Sensing Platform 》的主要作者。发表在《先进材料技术》杂志上。

科学家利用有机硅材料打造出能呼吸的可穿戴生物传感器

这项研究利用了聚二甲基硅氧烷(PDMS),一种有机硅材料,由于其生物相容性和软机械特性而广受欢迎。它通常用作固体膜,无孔材料,这会导致传感器透气性和汗液蒸发问题。

布朗说:“在运动监测中,如果您的皮肤上有一个装置,汗水就会在该装置下积聚。” “这可能会引起炎症,并且在连续监测应用中也会导致误差。”

例如,一项带有心电图(ECG)分析的实验表明,多孔PDMS可使运动过程中的汗液蒸发,从而能够保持高分辨率信号。无孔PDMS不能使汗液容易蒸发,从而导致运动后信号分辨率降低。

Watson团队通过静电纺丝制造了一种多孔PDMS材料,这种生产方法是利用电力制造纳米纤维。

在机械测试过程中,研究人员发现这种新材料的作用类似于人表皮的胶原蛋白和弹性纤维。该材料还可以用作电子产品的干胶,以牢固地层压在皮肤上,从而实现无胶监控。与无孔PDMS膜相比,使用7天后的生物相容性和生存力测试也显示出更好的结果。

由于该材料的可渗透结构具有生物流体,小分子和气体扩散的能力,因此可以与柔软生物组织(如皮肤,神经和心脏组织)整合在一起,从而减少应用部位的炎症。

Brown看到的潜在应用包括用于治疗长期,慢性伤口的电子设备。用于氧气和二氧化碳呼吸监测的可呼吸电子设备;将人类细胞整合到可植入电子设备中的设备;以及实时体外化学和生物监测。

Koh-他最近的项目包括汗液辅助电池电源生物监测 。

Koh还在与电气和计算机工程系的Seokheun Choi副教授进行的另一项研究中,也发现了这种多孔PDMS材料的可能性。她和崔正强结合各自的优势,为软生物电子学开发可拉伸纸,使我们能够监测生理状况。

Brown是Koh的第一位博士生,而Advanced Materials Technology中的这项研究是他的第三篇发表论文。在2019年,他在美国国家科学基金会的研究生研究奖学金计划中获得了荣誉奖。

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