Кожа и листья — не единственные носители, на которых можно использовать ручки. Исследователи предполагают, что датчики нарисованы непосредственно на смартфонах для персонализированного и недорогого мониторинга состояния здоровья или на внешних стенах зданий для мониторинга токсичных газовых загрязнителей. Датчики также могут быть использованы на поле боя для обнаружения взрывчатых веществ и нервно-паралитических агентов.Команда, возглавляемая Джозефом Вангом, председателем кафедры наноинжиниринга Калифорнийского университета в Сан-Диего, опубликовала свои выводы в выпуске Advanced Healthcare Materials от 26 февраля.
Ван также руководит Центром носимых датчиков в Калифорнийском университете в Сан-Диего.«Наша новая технология биокаталитического пера, основанная на новых ферментативных чернилах, имеет большие перспективы для широкого спектра применений на объекте и в полевых условиях», — сказал Ван.Самой большой проблемой, с которой столкнулись исследователи, было создание чернил из химикатов и биохимических веществ, которые не вредны для людей или растений; могут выполнять функции электродов датчиков; и сохраняют свои свойства в течение длительного времени при хранении и в различных условиях.
Исследователи обратились к биосовместимому полиэтиленгликолю, который используется в нескольких приложениях для доставки лекарств, в качестве связующего вещества. Чтобы сделать чернила проводящими электрический ток, использовали графитовый порошок. Они также добавили хитозан, антибактериальный агент, который используется в повязках для уменьшения кровотечения, чтобы чернила прилипали к любым поверхностям, на которых они использовались. Рецепт чернил также включает ксилит, заменитель сахара, который помогает стабилизировать ферменты, которые вступают в реакцию с несколькими химическими веществами, для контроля которых предназначены самодельные сенсоры.
Многоразовые датчики глюкозыКоманда Вана уже несколько лет занимается исследованием того, как облегчить определение уровня глюкозы для диабетиков.
Та же команда инженеров недавно разработала неинвазивные датчики глюкозы в виде временных татуировок. В этом исследовании они использовали ручки, заполненные чернилами, которые реагируют на глюкозу, чтобы нарисовать многоразовые датчики для измерения глюкозы на шаблоне, напечатанном на прозрачном гибком материале, который включает в себя электрод.
Затем исследователи укололи палец испытуемого и поместили образец крови на датчик. Ферментативные чернила прореагировали с глюкозой, и электрод записал измерение, которое было передано на устройство для измерения глюкозы. Затем исследователи вытерли узор и снова нарисовали его, чтобы провести еще одно измерение после того, как субъект поел.По оценкам исследователей, в одной ручке содержится достаточно чернил, чтобы нарисовать эквивалент 500 высокоточных сенсорных полосок для измерения уровня глюкозы.
Наноинженеры также продемонстрировали, что датчики можно рисовать прямо на коже и что они могут связываться с электронным устройством с поддержкой Bluetooth, которое управляет электродами, называемым потенциостатом, для сбора данных.Датчики загрязнения и безопасности
Ручки также позволят пользователям рисовать датчики, которые обнаруживают датчики загрязнителей и потенциально вредных химикатов на месте. Исследователи продемонстрировали, что это возможно, нарисовав датчик на листе с чернилами, содержащими ферменты, которые реагируют с фенолом, промышленным химическим веществом, которое также можно найти в косметике, включая солнцезащитный крем. Затем лист погружали в раствор воды и фенола, и датчик соединяли с детектором загрязнения. Датчики можно модифицировать так, чтобы они реагировали со многими загрязнителями, включая тяжелые металлы или пестициды.
Следующие шаги включают беспроводное подключение датчиков к устройствам мониторинга и исследование того, как датчики работают в сложных условиях, включая экстремальные температуры, переменную влажность и длительное воздействие солнечного света.