Zespół naukowców z University of Illinois opracował cienki, elastyczny, elektroniczny termometr naklejany na skórę. Termometr, który wygląda jak tatuaż i jest dodatkowo bardzo czuły może razem z innymi pomiarami, zapewnić dopływ istotnych informacji na temat zdrowia pacjenta, jego układu krążenia i wielu innych aspektów ludzkiej fizjologii.
Wydawałoby się, że termometr lekarski jest rzeczą, którego wyglądu i wielkości nie da się znacząco zmienić. Ultracienki i elastyczny termometr stworzony przez zespół pod kierownictwem profesora Johna Rogersa pozwala na dokonanie pomiaru z dokładnością do jednej tysięcznej stopnia Celsjusza.
Profesor Rodgers od lat pracuje nad seriami cienkich i elastycznych urządzeń elektronicznych, które byłyby poręczne i niezauważalne dla użytkownika. Artykuł dotyczący e-tatuażu do pomiaru temperatury został opublikowany w czasopiśmie Nature Materials 15 września 2013 roku.
Elastyczny termometr nie musi zastąpić tradycyjnego, jaki każdy posiada w domowej apteczce, ale z pewnością będzie bardzo przydatny w warunkach klinicznych, gdzie precyzyjne pomiary są potrzebne do monitorowania przepływu krwi. Zespół sugeruje, że łatwe do noszenia i prawie niezauważalne termometry mogą być wykorzystane do ciągłego monitorowania stanu pacjenta podczas wykonywania codziennych czynności.
Za pomocą urządzenia można mierzyć przepływ ciepła w krwiobiegu oraz zmiany temperatury w pobliżu zwężających się i rozszerzających naczyń krwionośnych.
E-termometr wygląda jak mały, złoty, kreskowany tatuaż. Jest przytwierdzany do skóry za pomocą folii PVA, który jest jednym z nielicznych polimerów rozpuszczalnych w wodzie. Naukowcy stworzyli dwie wersje termometrów, które pracują na różne sposoby, ale dają taki sam rezultat. Mogą precyzyjnie określać temperaturę wielu punktach na skórze, a nawet wprowadzać drobne skoki ciepła w celu sprawdzenia reakcji skóry.
Pierwsza wersja czujnika powstała na krzemowym podłożu pokrytym warstwą PMMA (poliemetakrylanem metylu) oraz PI (poliimidem). Kompozyt poddano ogrzewaniu w odpowiednich temperaturach i okresach czasu. Następnie za pomocą litografii wiązką elektronową osadzono struktury z chromu i złota. Przygotowano odpowiednie wzory układu i wytrawiono niepotrzebne części. Ponownie przykryto warstwą poliimidu i powtórzono proces nakładania na powierzchnię ścieżki metali.
Drugi sposób produkcji czujnika był bardziej skomplikowany. Naukowcy wykorzystali jako podłoże SOI – krzem na izolatorze (z ang. silicon on insulator), na którym za pomocą procesu PECVD – plazmowego osadzania z fazy gazowej (z ang. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) wytworzyli na powierzchni warstwy SiO2. Sensor ten działa na zasadzie złącza p-n, nazywanego często złączem dwóch półprzewodników niesamoistnych. Tak jak w pierwszym przypadku na wcześniej przygotowane podłoże nakładano warstwy metali Cr/Au i izolowano za pomocą PI.
Naklejane termometry na ciało wymagają zewnętrznego zasilania, lecz naukowcy chcą w przyszłości zasilać je bezprzewodowo. Tatuaże mogą być noszone przez około dwa tygodnie, po czym naturalny proces łuszczenia się skóry powoduje ich usunięcie. Badacze twierdzą, że elastyczne, poręczne, naskórne termometry to dopiero początek zastosowań tego typu czujników. Obecnie zespół pracuje nad umieszczeniem takich sensorów wewnątrz żywych organizmów, na ścianach narządów wewnętrznych, np. serca. “Teraz mierzymy tylko temperaturę, ale dodatkowe czujniki mogą analizować inne szczegółowe cechy ciała. Skóra to tylko początek” – dodaje Rogers.
Źródło:
[1] Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin. R. Chad Webb, Andrew P. Bonifas, Alex Behnaz, Yihui Zhang, Ki Jun Yu, Huanyu Cheng, Mingxing Shi, Zuguang Bian, Zhuangjian Liu, Yun-Soung Kim, Woon-Hong Yeo, Jae Suk Park, Jizhou Song, Yuhang Li, Yonggang Huang, Alexander M. Gorbach & John A. Rogers
[2] http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/extref/nmat3755-s1.pdf | 16.09.2013
[3] http://www.theverge.com/2013/9/15/4724528/ultrathin-wearable-thermometer-watches-heat-move-through-blood | 16.09.2013
[4] DC Lambda Squares tatoo – DC Capital Pride street festival – 2013-06-09 by Tim Evanson, Wikimedia Commons, C BY-SA 2.0