{首页主词},&

石墨烯復(fù)合材料將顛覆醫(yī)療傳感器領(lǐng)域

2017-02-07 12:13:02 作者：本網(wǎng)整理來源：網(wǎng)絡(luò) 分享至：

    目前涉及石墨烯的所有討論和研究，都是嘗試?yán)迷摬牧系娜犴g特性創(chuàng)建復(fù)合材料，應(yīng)用在可穿戴和柔性電子上，只是目前大部分石墨烯復(fù)合材料都存在堅硬和不靈活的問題。

    據(jù)了解，日前來自愛爾蘭的科研團隊靈光乍現(xiàn)，將石墨烯和兒童玩具SillyPutty（彩色橡皮泥）組合在一起，瞬間點燃了納米材料社區(qū)的激情。所產(chǎn)生的全新復(fù)合材料擁有廣泛的應(yīng)用前景，科研團隊已經(jīng)承諾將制造用于醫(yī)療診斷行業(yè)的超敏應(yīng)變式傳感器上。

    發(fā)表在《Science》雜志上的研究報告中，由愛爾蘭科學(xué)基金會贊助，總部設(shè)于都柏林三一學(xué)院的AMBER材料科研中心發(fā)現(xiàn)，如果你在類似于橡皮泥這樣的低粘度材料中添加納米片，其機電性能就會產(chǎn)生巨大的變化。你會突然發(fā)現(xiàn)已經(jīng)擁有了一個極端敏感的應(yīng)變式傳感器。

    當(dāng)你對已經(jīng)注入石墨烯的橡皮泥施加電壓之后，哪怕是非常輕微的觸摸都會對電流產(chǎn)生非常大的變化。而這正是應(yīng)變式傳感器的原理。

    負(fù)責(zé)該項目的都柏林三一學(xué)院教授JonathanColeman說道：“如果將含有石墨烯的橡皮泥長度拉伸1%，那么電流就會調(diào)整5倍。非常小的機械變化都會產(chǎn)生巨大的電流變化。”

    在對石墨烯橡皮泥進行的多項測試中，研究人員將這種符合材料分別放置在人的胸部和頸部，用來測量呼吸、脈搏和血壓。研究結(jié)果表明，對于應(yīng)變式傳感器和壓力傳感器來說，這種復(fù)合材料擁有前所未有的靈敏度，是現(xiàn)有傳感器的數(shù)百倍。

    “我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)你將石墨烯和此類極軟聚合物組合在一起的時候，它們不僅完全勝任應(yīng)變式傳感器的角色，而且跟目前我們創(chuàng)建的傳感器相隔幾光年的距離。”Coleman表示：“而且，這些特性事實上和這些柔軟的聚合物密切相關(guān)。”

    另人感到驚訝的是，此前在該領(lǐng)域?qū)⑹┖偷驼扯染酆衔锝Y(jié)合的研究幾乎沒有。這主要是因為陷入了思維誤區(qū)，嘗試?yán)檬┑娜彳浱匦詫⒉牧献兊酶洝Ｒ虼嗽诖饲皣L試的融合中，往往選擇了質(zhì)地堅硬的聚合物，在引入石墨烯之后并未得到預(yù)期，甚至某些復(fù)合材料反而變得更堅硬了。

    盡管有嘗試過將石墨烯和柔軟的聚合物進行整合，但此前沒有將石墨烯嵌入到像橡皮泥這樣的柔軟聚合物中。盡管將石墨烯添加到聚合物中已經(jīng)進行了大量的嘗試，但是將石墨烯用于應(yīng)變式傳感器尚屬首次，意味著石墨烯翻開了新的篇章。而主要的原因在于，沒有人會相信這個柔軟的材料能夠迸發(fā)出如此強烈的增益效果。

    “我們都知道人類在這方面的研究并不多，”Coleman說道：“但是我必須承認(rèn)的是，我們從未想過這種新型復(fù)合材料能呈現(xiàn)如此有趣的實驗結(jié)果。”

    盡管Coleman堅信未來這種復(fù)合材將廣泛應(yīng)用于醫(yī)療傳感領(lǐng)域，但截至目前，最明晰最重要的實例就是測量脈搏和血壓。

    Coleman說道：“我們能夠以相對直接的方式的來測量脈搏。盡管現(xiàn)在有豐富的醫(yī)療手段實現(xiàn)，但是我們的方法相對更加簡單、便宜且具有持續(xù)性。”

    “這項復(fù)合材料投入商用的首個挑戰(zhàn)就是材料的供應(yīng)，不過我認(rèn)為這并不是問題。”Coleman說道：“市場上有很多石墨烯的商業(yè)供應(yīng)商，能夠大批量供應(yīng)這種材料。而且，橡皮泥是常見且容易獲得的材料的。而兩種材料的組合程序也相當(dāng)?shù)暮唵危匀豢梢怨I(yè)化。所以，制造這種復(fù)合材料沒有問題。”

    而如何將這種復(fù)合材料設(shè)計成傳感設(shè)備才是真正的挑戰(zhàn)。Coleman解釋道轉(zhuǎn)換成為商品，必須擁有類似于智能手表樣的外形以便于佩戴在手腕上，充分利用內(nèi)部的傳感材料進行監(jiān)測。然后，你需要電源來產(chǎn)生電流并檢測其中的變化。還有需要創(chuàng)建相應(yīng)的通信系統(tǒng)，將這些信號傳輸至移動手機上，通過應(yīng)用來收集和分析數(shù)據(jù)。

    他說道：“坦白來說，所有這些設(shè)想距離走進日常生活并不會太遠(yuǎn)。我并不認(rèn)為工程設(shè)計方面存在巨大的挑戰(zhàn)。因此我們真的很快會看到這種復(fù)合材料商業(yè)化。”

    盡管Coleman和他的同事共同研發(fā)的應(yīng)變式傳感器的敏感度已經(jīng)不錯，但是他堅信當(dāng)前的研究成果僅僅只是提供了全新的復(fù)合材料制造方法，基于這項研究，未來將會誕生更敏感的傳感技術(shù)。

    “我們真正想做的事情是研發(fā)下一代傳感技術(shù)。”Coleman說：“我們已經(jīng)擁有了非常敏感的復(fù)合材料，但是我們也看到用不同的方式不同的聚合物，整合石墨烯來制作復(fù)合材料，或許能夠創(chuàng)建比我們當(dāng)前敏感十倍以上的復(fù)合材料。”