محققان از سی دی ها حسگرهای زیستی انعطاف پذیر بازیافت می کنند

26 جولای 2022 – توسط دانشگاه بینگهمتون

لایه نازک فلزی طلا ی سی دی را می توان از پلاستیک سفت جدا کرد و به حسگرهایی تبدیل کرد تا فعالیت الکتریکی در قلب و عضلات انسان و همچنین سطوح لاکتات، گلوکز، pH و اکسیژن را بررسی کند. اعتبار: متیو براون

تحقیقات جدید از دانشگاه بینگهامتون، دانشگاه ایالتی نیویورک زندگی دومی را برای سی دی ها ارائه می دهد: آنها را به حسگرهای زیستی انعطاف پذیر تبدیل می کند که ارزان و آسان برای تولید هستند.

در مقاله ای که این ماه در Nature Communications منتشر شد، متیو براون، Ph.D. ، و استادیار Ahyeon Koh از گروه مهندسی زیست پزشکی نشان می دهد که چگونه لایه فلزی نازک یک CD  را می توان از پلاستیک سفت جدا کرد و به حسگرهایی تبدیل کرد تا فعالیت الکتریکی در قلب و ماهیچه های انسان و همچنین لاکتات، گلوکز، pH را نظارت کند. و سطح اکسیژن سنسورها می توانند از طریق بلوتوث با گوشی هوشمند ارتباط برقرار کنند.

ساخت در 20 تا 30 دقیقه بدون رهاسازی مواد شیمیایی سمی یا نیاز به تجهیزات گران قیمت تکمیل می شود و هزینه آن برای هر دستگاه حدود 1.50 دلار است. طبق این مقاله، «این رویکرد پایدار برای چرخه‌سازی زباله‌های الکترونیکی، جریان زباله‌های مبتنی بر تحقیقات سودمندی را فراهم می‌کند که نیازی به امکانات پیشرفته میکروساخت، مواد گران‌قیمت یا مهارت‌های مهندسی با کالیبر بالا ندارد».

گرچن مالر پروفسور BME نیز در این تحقیق مشارکت دارند. ملیسا مندوزا، Ph.D.; و لوئیس سوما، MS ، و همچنین استادیار Yeonsik Noh از دانشگاه ماساچوست- مقاله را در میان نکات برجسته ویراستاران خود با نمایش 50 مقاله برتر که اخیراً در یک منطقه تحقیقاتی منتشر شده است، تجلیل کرده است.

Koh گفت که او ابتدا ایده تبدیل سی دی ها به حسگرها را در حین انجام تحقیقات پسا دکتری در دانشگاه ایلینویز در نظر گرفت.

او گفت: “من یک ایده داشتم: شاید بتوانیم مواد حیاتی را از CD جمع آوری کنیم و سپس به سیستم های حسگر ارتقا دهیم.” من با مت در مورد ایده ام در مراحل اولیه تحقیق پایان نامه اش صحبت کردم و او می خواست این تحقیق را ادامه دهد.

براون تحقیقات قبلی روی حسگرهای زیستی ساخته شده از سی دی را بررسی کرد، اما دریافت که این حسگرها ساختار سفت و سختی را حفظ کرده و تعداد کاربردهای محدودتری نسبت به آنچه او و Koh امیدوار بودند، دارند. اولین قدم برداشتن پوشش فلزی از پلاستیک زیر با استفاده از فرآیند شیمیایی و نوار چسب است.

Koh می‌گوید: «وقتی موهای خود را روی لباس‌هایتان با چسب می‌چسبید، اساساً همان مکانیسم است. “ما لایه فلزات را از روی سی دی شل می کنیم و سپس آن لایه فلزی را با نوار چسب می گیریم، بنابراین فقط آن را جدا می کنیم. آن لایه نازک پس از پردازش و انعطاف پذیر است.”

برای ایجاد حسگرها، محققان Binghamton از یک کاتر Cricut استفاده کردند، یک دستگاه خارج از قفسه برای صنایع دستی که عموماً طرح ها را از موادی مانند کاغذ، وینیل، استوک کارتی و وسایل نقلیه آهنی برش می دهد. مدارهای منعطف پس از آن برداشته می‌شوند و روی یک مورد می‌چسبند. با کمک یک برنامه تلفن هوشمند، متخصصان پزشکی یا بیماران می‌توانند مطالب خواندنی را دریافت کرده و پیشرفت را در طول زمان پیگیری کنند.

حسگر زیستی انعطاف پذیر روی پوست اعتبار: متیو براون

او گفت: من بسیار خوش شانس بودم که مت را در آزمایشگاه داشتم، زیرا در غیر این صورت این ایده از تحقیقات پسا دکتری من باقی می ماند برخی از همکاران فوق دکتری من به یاد دارند که من در مورد این ایده با آنها صحبت کردم و آنها بسیار هیجان زده هستند.

براون به سن دیگو می رود تا برای Dexcom که مانیتورهای گلوکز مداوم تولید می کند کار کند، اما او ایده هایی در مورد چگونگی بهبود فناوری CD-to-sensor دارد: “ما از سی دی های طلایی استفاده کردیم و می خواهیم سی دی های مبتنی بر نقره را بررسی کنیم. چگونه می‌توانیم آن نوع سی‌دی‌ها را با همان نوع فرآیند چرخش کنیم؟ همچنین می‌خواهیم بررسی کنیم که آیا می‌توانیم از حکاکی لیزری به جای استفاده از کاتر مبتنی بر پارچه برای بهبود سرعت چرخش بیشتر استفاده کنیم. “

مانند دانشجوی سابق خود، Koh مایل است تحقیقات CD-to-sensor را نیز احتمالاً با کمک جامعه دانشگاه گسترش دهد.

او گفت: “شاید بتوانیم جعبه ای در محوطه دانشگاه ایجاد کنیم که بتوانیم سی دی ها را جمع آوری کنیم.” ما همچنین می‌توانیم دستورالعمل‌های کلی‌تری گام به گام در مورد نحوه ساخت آنها در یک روز، بدون هیچ گونه مهارت مهندسی داشته باشیم به راحتی در بین مردم توزیع می شود.