用于伤口护理中精确温度和应变监测的激光诱导石墨烯传感器
宾夕法尼亚州立大学，大学公园，宾夕法尼亚州
这种柔性传感器非常适合在人体中使用，它使用激光诱导石墨烯来同时但单独测量温度和应变，通过提供对炎症和恢复的更清晰的了解，有可能实现更好的伤口愈合监测。 （图片：Jennifer M. McCann/宾夕法尼亚州立大学）用于医疗保健监测的自供电可穿戴传感器的一个主要挑战是区分同时出现的不同信号。宾夕法尼亚州立大学和中国河北工业大学的研究人员通过发现传感器材料的新特性解决了这个问题，使团队能够开发出一种新型柔性传感器，可以同时但单独地精确测量温度和物理应变，从而更精确地查明各种信号。
“我们开发的这种独特的传感器材料在医疗保健监测方面具有潜在的重要应用，”宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学 (ESM) 纪念副教授 James L. Henderson 的共同通讯作者 Huanyu “Larry” Cheng 说道。 “通过精确测量温度变化和愈合伤口产生的物理变形或应变，并通过分离这两个信号来测量，它可以彻底改变伤口愈合的跟踪。医生可以更清晰地了解愈合过程，尽早识别炎症等问题。”
研究人员的目标是通过使用激光诱导石墨烯（一种二维材料）准确测量温度和应变信号，而不会产生串扰。与包括常规石墨烯在内的所有二维材料一样，激光诱导石墨烯的厚度为一到几个原子，具有独特的性能，但有一些扭曲。当激光加热某些富含碳的材料（如塑料或木材）时，会形成激光诱导石墨烯（LIG），将其表面转化为石墨烯结构。激光本质上是将石墨烯直接“写入”到材料上，使其成为一种简单且可扩展的方式来生产用于电子产品、传感器和能源设备的石墨烯图案。
LIG 之前已在各种应用中使用过。此前，Cheng 和他的团队已将 LIG 用于气体传感器、用于汗液分析的电化学检测器、超级电容器等。然而，研究人员表示，他们相信他们首次发现了 LIG 的新特性，这使其成为多用途、精确传感器的理想选择。
“在这项特殊的研究中，我们偶然发现这种材料也具有热电特性，”程说。 “我们相信这是第一次有人报道激光诱导石墨烯具有热电能力。这对于我们在这里尝试做的事情非常重要，即分别测量温度变化和物理应变或变形。”
材料的热电特性是指将温差转换为电压的能力，反之亦然，使此类材料能够用于能量收集和温度传感等应用。 Cheng 表示，新发现的 LIG 热电特性使得可以轻松分离两个传感器测量结果，非常适合医疗保健应用，例如嵌入绷带中的传感器。
“当你的材料对温度和应变都敏感时，很难判断哪个信号导致材料发生变化，”程说。 “但是通过利用激光诱导石墨烯中的这种热电效应，我们基本上可以将这两种测量解耦。我们可以通过观察电阻来获取有关应变的信息，同时还可以测量热电压来确定温度。这就是为什么医生可以用它来跟踪伤口部位的温度波动和物理变化，并更清楚地了解愈合的进展情况。”
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