Sensor Cerdas Revolusioner Meningkatkan Pemantauan Luka dengan Pelacakan Suhu &Regangan yang Tepat
Sekolah Tinggi Teknik Penn State, University Park, PA
Sensor fleksibel ini, ideal untuk digunakan pada tubuh manusia, menggunakan graphene yang diinduksi laser untuk mengukur suhu dan ketegangan secara bersamaan namun terpisah, sehingga berpotensi memungkinkan pemantauan penyembuhan luka yang lebih baik dengan memberikan wawasan yang lebih jelas mengenai peradangan dan pemulihan. (Gambar:Jennifer M.Mccann)
Tantangan utama dalam sensor yang dapat dikenakan dan dapat dipakai sendiri untuk memantau layanan kesehatan adalah membedakan sinyal-sinyal yang berbeda ketika sinyal-sinyal tersebut muncul pada saat yang bersamaan. Para peneliti dari Penn State dan Hebei University of Technology di Tiongkok mengatasi masalah ini dengan mengungkap properti baru dari bahan sensor, sehingga tim dapat mengembangkan jenis sensor fleksibel baru yang dapat secara akurat mengukur suhu dan ketegangan fisik secara bersamaan tetapi secara terpisah agar lebih tepat menentukan berbagai sinyal.
“Bahan sensor unik yang kami kembangkan ini memiliki potensi penerapan penting dalam pemantauan layanan kesehatan,” kata Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics (ESM) di Penn State dan salah satu penulis studi yang dipublikasikan di Nature Communications. "Dengan mengukur secara akurat perubahan suhu dan deformasi fisik, atau ketegangan, yang disebabkan oleh penyembuhan luka dan mengukurnya dengan memisahkan dua sinyal, hal ini dapat merevolusi pelacakan penyembuhan luka. Dokter bisa mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang proses penyembuhan, dan mengidentifikasi masalah seperti peradangan sejak dini."
Para peneliti bertujuan untuk mengukur sinyal suhu dan regangan secara akurat tanpa pembicaraan silang dengan menggunakan laser-accumped graphene (LIG), bahan dua dimensi (2D). Seperti semua bahan 2D termasuk graphene biasa, graphene yang diinduksi laser memiliki ketebalan satu hingga beberapa atom dengan sifat unik, tetapi dengan twist. Grafena yang diinduksi laser terbentuk ketika laser memanaskan bahan tertentu yang kaya karbon – seperti plastik atau kayu – dengan cara yang mengubah permukaannya menjadi struktur graphene. Laser pada dasarnya “menulis” graphene langsung ke material, menjadikannya cara yang sederhana dan terukur untuk menghasilkan pola graphene untuk elektronik, sensor, dan perangkat energi.
LIG telah digunakan sebelumnya dalam berbagai aplikasi. Sebelumnya, Cheng dan timnya menggunakannya untuk sensor gas, detektor elektrokimia untuk analisis keringat, superkapasitor, dan banyak lagi. Namun, para peneliti yakin mereka telah menemukan properti baru LIG yang menjadikannya ideal sebagai sensor serbaguna dan akurat.
“Dalam penelitian kami, kami menemukan fakta bahwa bahan ini juga memiliki sifat termoelektrik,” kata Cheng. "Kami percaya ini adalah pertama kalinya ada orang yang melaporkan graphene yang diinduksi laser memiliki kemampuan termoelektrik. Dan ini sangat penting untuk apa yang kami coba lakukan di sini, yaitu mengukur secara terpisah perubahan suhu dan ketegangan atau deformasi fisik."
Sifat termoelektrik suatu material mengacu pada kemampuan untuk mengubah perbedaan suhu menjadi tegangan listrik dan sebaliknya, memungkinkan material tersebut digunakan untuk aplikasi seperti pemanenan energi dan penginderaan suhu. Menurut Cheng, sifat termoelektrik LIG yang baru diidentifikasi ini memudahkan pemisahan dua pengukuran sensor, sehingga ideal untuk aplikasi perawatan kesehatan seperti sensor yang tertanam dalam perban.
“Bila Anda memiliki material yang sensitif terhadap suhu dan regangan, akan sulit untuk mengetahui sinyal mana yang disebabkan oleh perubahan pada material tersebut,” kata Cheng. "Tetapi dengan menggunakan efek termoelektrik pada graphene yang diinduksi laser, pada dasarnya kita dapat memisahkan kedua pengukuran tersebut. Kita dapat melihat hambatan listrik untuk mendapatkan informasi tentang regangan, sekaligus mengukur tegangan termal untuk menentukan suhu. Inilah sebabnya dokter dapat menggunakannya untuk melacak fluktuasi suhu dan perubahan fisik di lokasi luka dan mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang kemajuan penyembuhan."
Ia juga mencatat bahwa sensor tersebut sangat sensitif, mendeteksi perubahan suhu sekecil 0,5 derajat Celcius. Desain material ini memanfaatkan cara kerja komponen graphene berpori dan termoelektrik, menjadikannya hampir empat kali lebih baik dalam mengubah panas menjadi listrik. Sensor ini juga dapat meregang hingga 45 persen, serta menyesuaikan diri dengan berbagai bentuk dan permukaan, tanpa kehilangan fungsinya.
“Struktur berpori dari material ini menciptakan banyak ruang dan saluran kecil yang memungkinkannya berinteraksi dengan lingkungannya dengan cara yang sangat sensitif,” kata Cheng. “Hal ini membuatnya sangat cocok untuk berinteraksi dengan jaringan lunak manusia, berbeda dengan bahan termoelektrik yang lebih kaku, seperti bahan berbasis keramik.”
Karena aspek termoelektrik LIG berarti dapat menghasilkan daya listrik ketika ada perbedaan suhu, sensor LIG dapat bekerja sendiri. Menurut Cheng, hal ini sangat berguna untuk pemantauan berkelanjutan di lingkungan klinis dan untuk aplikasi lain, seperti membantu mendeteksi kebakaran di lokasi terpencil.
Selain menyempurnakan sensor, tim juga mengembangkan sistem nirkabel yang memungkinkan orang memantau data dari sensor dari jarak jauh. Hal ini memungkinkan pelacakan informasi penting, seperti suhu atau ketegangan, secara real-time menggunakan ponsel cerdas atau perangkat lain.
“Misalnya, seorang dokter dapat memantau kondisi pasien dari jarak jauh, atau petugas tanggap darurat dapat menerima peringatan tentang perubahan suhu yang berbahaya,” kata Cheng. “Kemajuan ini bertujuan untuk membuat teknologi lebih mudah diakses dan efektif, membantu meningkatkan pemantauan kesehatan dan keselamatan dalam situasi sehari-hari.”
Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya..
