Grafen Diinduksi Laser: Merevolusi Teknologi Kesehatan Wearable
Grafen — atom karbon yang tersusun dalam satu lapisan berbentuk heksagon dengan keluwesan yang luar biasa dan konduktivitas tinggi — dapat mempengaruhi pengembangan perangkat deteksi gerakan, sensori sentuh, dan pemantauan kesehatan di masa depan.
Beberapa zat dapat diubah menjadi karbon untuk membuat grafen melalui radiasi laser. Disebut laser-induced graphene (LIG), produk yang dihasilkan dapat memiliki properti tertentu yang ditentukan oleh bahan asli. Sampel poliamid, sejenis plastik, diuntir melalui pemindaian laser. Peneliti memvariasi daya, kecepatan pemindaian, jumlah lalulintas, dan kepadatan garis pemindaian untuk melihat bagaimana parameter proses pemrosesan laser yang berbeda menciptakan nanostructur yang berbeda.
Peneliti menemukan bahwa level daya lebih rendah, dari 7,2 watt hingga sekitar 9 watt, menghasilkan pembentukan busa pori dengan banyak lapisan ultra halus. Busa LIG ini menunjukkan konduktivitas listrik dan daya tahan yang cukup terhadap kerusakan panas — kedua properti yang berguna dalam komponen perangkat elektronik.
Meningkatkan daya dari sekitar 9 watt hingga 12,6 watt mengubah pola pembentukan LIG dari busa menjadi gulungan serat kecil. Gulungan ini tumbuh lebih besar dalam diameter dengan peningkatan daya laser, sementara daya yang lebih tinggi mempromosikan pertumbuhan jaringan seperti jaring laba-laba serat. Struktur serat menunjukkan konduktivitas listrik yang lebih baik dari busa. Peningkatan kinerja ini, bersama dengan bentuk serat, dapat membuka kemungkinan untuk perangkat sensori. Asalkan serat konduktif, dapat digunakan sebagai rangka; modifikasi selanjutnya pada permukaan dapat mengaktifkan sejumlah sensor seperti sensor glukosa pada kulit atau detektor infeksi untuk luka.
Memvariasi kecepatan pemindaian laser, kepadatan, dan lalulintas untuk LIG yang dibentuk pada daya yang berbeda juga mempengaruhi konduktivitas dan kinerja selanjutnya. Paparan laser lebih banyak menghasilkan konduktivitas lebih tinggi tetapi pada akhirnya turun karena karbonisasi berlebihan dari pembakaran.
Tim merancang, memproduksi, dan menguji sensor tekanan LIG fleksibel. Untuk desain pertama, mereka menyisipkan lapisan busa LIG tipis antara dua lapisan poliamid yang berisi elektroda tembaga. Ketika tekanan diterapkan, LIG menghasilkan listrik. Ruang pori dalam busa mengurangi jumlah jalur untuk listrik berjalan, sehingga lebih mudah untuk melokalkan sumber tekanan, dan tampaknya meningkatkan sensitivitas terhadap sentuhan yang halus.
Desain ini, ketika dipasang di bagian belakang tangan atau jari, mendeteksi gerakan melengkung dan meregang tangan serta gelombang karakteristik perkusi, pasang surut, dan diastolik dari detak jantung. Bacaan nadi ini dapat digabungkan dengan bacaan elektrocardiogram untuk menghasilkan pengukuran tekanan darah tanpa manchet.
Dalam desain kedua, para peneliti menyisipkan nanopartikel ke dalam busa LIG. Bola-bola kecil molibdena disulfide, semikonduktor yang dapat bertindak sebagai konduktor dan isolator, meningkatkan sensitivitas dan daya tahan busa terhadap gaya fisik. Desain ini juga tahan lama terhadap penggunaan berulang, menunjukkan kinerja yang hampir identik sebelum dan setelah hampir 10.000 kali penggunaan.
