Новые возможности для охраны здоровья и мониторинга окружающей среды с водостойким датчиком газа

Точный непрерывный мониторинг диоксида азота и других газов во влажной среде теперь возможен благодаря новому водостойкому у газа, разработанному Хуанью «Ларри» Ченгом, адъюнкт-профессором Мемориала Джеймса Л. Хендерсона-младшего в области инженерных наук и механики, и его команда.


Датчик обнаруживает диоксид азота в выдыхаемом воздухе, концентрация которого может указывать на потенциальные легочные заболевания или в определенных условиях для контроля качества воздуха. Подход команды был опубликован в Микросистемы и наноинженерия.

Хотя Ченг ранее разработал датчик, который был водонепроницаемым, этот датчик мог определять только температуру и движение. Ченг также разработал микроразмерный датчик газа с широкими возможностями настройки, а также гибкий, пористый и чувствительный датчик газа. Однако влажность, пот или другое воздействие влаги сделали датчики непригодными для использования.

«Мы не можем избежать уровня влажности в окружающей среде, поэтому мы хотели подчеркнуть свойство влагостойкости», — сказал Ченг.

Исследователи использовали тот же лазерно-индуцированный графен (ЛИГ) — быстрый, экономичный и экологически безопасный метод изготовления, который использует лазерную запись для сборки двумерных графеновых слоев — как и для предыдущих датчиков газа. Однако на этот раз они также добавили мягкую эластомерную полимерную подложку и влагостойкую полупроницаемую мембрану с обеих сторон чувствительного слоя LIG.

«Лазерно-индуцированный графен является гидрофильным, поэтому он по своей природе является водопоглощающим материалом», — сказал Ченг. «Вода естественным образом проникнет в материал и изменит его свойства. Если молекулы воды поглощаются датчиком, это изменит реакцию. Используя полупроницаемую мембрану с LIG, мы можем блокировать воду или влагу из снаружи, но все же допускают проникновение молекулы целевого газа. Поскольку новый материал является эластичным и мягким, его можно носить на коже в течение длительного времени, не вызывая раздражения».

Чтобы протестировать датчики, исследователи использовали их для оценки дыхания 30 человек. Они обнаружили, что значения отклика сенсора были более чем в четыре раза выше у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) или астмой, чем у тех, у кого их не было, а это означает, что у людей с ХОБЛ или астмой количество диоксида азота было более чем в четыре раза выше. в их выдохе.

«С этим датчиком мы намного ближе к реальному применению помощи пациенту», — сказал соавтор Ли Ян, доцент Школы медицинских наук и биомедицинской инженерии Хэбэйского технологического университета. «Этот датчик можно использовать для раннего процесса скрининга, чтобы сообщить кому-то о потенциальном состоянии, которое может перерасти в более серьезную проблему позже, а также для существующих пациентов с ХОБЛ или астмой для мониторинга окружающей среды на предмет потенциального воздействия диоксида азота, чтобы они могут принять ранние профилактические меры, например, избегать определенных мест с более высоким уровнем диоксида азота».

Ченг сказал, что в конечном итоге этот датчик можно будет использовать для мониторинга не только индивидуального благополучия, но и для лучшего понимания состояния я населения.