Grafena yang Dibuat dengan Laser untuk Perangkat Kesehatan yang Dapat Dipakai
Grafena — atom karbon yang tersusun secara heksagonal dalam satu lapisan dengan kelenturan superior dan konduktivitas tinggi — dapat memengaruhi pengembangan deteksi gerakan, penginderaan taktil, dan perangkat pemantauan kesehatan di masa mendatang.
Beberapa zat dapat diubah menjadi karbon untuk membuat graphene melalui radiasi laser. Disebut laser-induced graphene (LIG), produk yang dihasilkan dapat memiliki sifat spesifik yang ditentukan oleh bahan aslinya. Sampel polimida, sejenis plastik, disinari melalui pemindaian laser. Para peneliti memvariasikan kekuatan, kecepatan pemindaian, jumlah lintasan, dan kepadatan garis pemindaian untuk melihat bagaimana parameter yang berbeda dari proses pemrosesan laser menciptakan struktur nano yang berbeda.
Para peneliti menemukan bahwa tingkat daya yang lebih rendah, dari 7,2 watt menjadi sekitar 9 watt, menghasilkan pembentukan busa berpori dengan banyak lapisan ultrafine. Busa LIG ini menunjukkan konduktivitas listrik dan ketahanan yang baik terhadap kerusakan akibat panas — keduanya merupakan sifat yang berguna dalam komponen perangkat elektronik.
Peningkatan daya dari sekitar 9 watt menjadi 12,6 watt mengubah pola pembentukan LIG dari busa menjadi bundel serat kecil. Bundel ini berdiameter lebih besar dengan peningkatan daya laser, sementara daya yang lebih tinggi mendorong pertumbuhan jaringan serat seperti web. Struktur berserat menunjukkan konduktivitas listrik yang lebih baik daripada busa. Peningkatan kinerja ini, dikombinasikan dengan bentuk serat, dapat membuka kemungkinan untuk perangkat penginderaan. Selama serat konduktif, dapat digunakan sebagai perancah; modifikasi selanjutnya pada permukaan dapat mengaktifkan sejumlah sensor seperti sensor glukosa pada kulit atau pendeteksi infeksi untuk luka.
Memvariasikan kecepatan pemindaian laser, kepadatan, dan lintasan untuk LIG yang terbentuk pada kekuatan yang berbeda juga memengaruhi konduktivitas dan kinerja selanjutnya. Lebih banyak paparan laser menghasilkan konduktivitas yang lebih tinggi, tetapi akhirnya turun karena karbonisasi berlebih dari pembakaran.
Tim merancang, membuat, dan menguji sensor tekanan LIG yang fleksibel. Untuk desain pertama, mereka mengapit lapisan busa LIG tipis di antara dua lapisan polimida yang mengandung elektroda tembaga. Ketika tekanan diterapkan, LIG menghasilkan listrik. Kekosongan dalam busa mengurangi jumlah jalur untuk mengalirkan listrik, membuatnya lebih mudah untuk melokalisasi sumber tekanan, dan tampaknya meningkatkan kepekaan terhadap sentuhan halus.
Desain ini, ketika ditempelkan ke punggung tangan atau jari, mendeteksi gerakan tangan yang menekuk dan meregang serta karakteristik gelombang perkusi, pasang surut, dan diastolik dari detak jantung. Pembacaan denyut nadi ini dapat dikombinasikan dengan pembacaan elektrokardiogram untuk menghasilkan pengukuran tekanan darah tanpa manset.
Dalam desain kedua, para peneliti memasukkan nanopartikel ke dalam busa LIG. Bola kecil molibdenum disulfida ini, semikonduktor yang dapat bertindak sebagai konduktor dan isolator, meningkatkan sensitivitas dan ketahanan busa terhadap kekuatan fisik. Desain ini juga tahan terhadap penggunaan berulang, menunjukkan kinerja yang hampir sama sebelum dan setelah hampir 10.000 penggunaan.
