Sensores vestíveis estão evoluindo de relógios e eletrodos para dispositivos dobráveis que fornecem medidas biométricas muito mais precisas e conforto para os usuários. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores deu um passo adiante na evolução, imprimindo sensores diretamente na pele humana sem o uso de calor.
Por Ashley J. Wennersherron, Pennsylvania State University para o Techxplore.
Crédito: Ling Zhang, Penn State / Cheng Lab e Harbin Institute of Technology
Liderada por Huanyu “Larry” Cheng, Dorothy Quiggle Professora de Desenvolvimento de Carreira no Departamento de Engenharia e Mecânica da Penn State, a equipe publicou seus resultados na ACS Applied Materials & Interfaces .
“Neste artigo, relatamos uma técnica de fabricação simples, mas universalmente aplicável, com o uso de uma nova camada auxiliar de sinterização para permitir a impressão direta para sensores no corpo “, disse o primeiro autor Ling Zhang, pesquisador do Instituto de Tecnologia de Harbin na China e no laboratório de Cheng.
Cheng e seus colegas desenvolveram anteriormente placas de circuito impresso flexíveis para uso em sensores vestíveis, mas a impressão direta na pele foi prejudicada pelo processo de colagem dos componentes metálicos do sensor. Chamado de sinterização, esse processo normalmente requer temperaturas de cerca de 572 graus Fahrenheit – 300 graus Celsius – para unir as nanopartículas de prata do sensor.
“A superfície da pele não pode suportar uma temperatura tão alta, obviamente”, disse Cheng. “Para contornar essa limitação, propusemos uma camada auxiliar de sinterização – algo que não machucaria a pele e poderia ajudar a sinterização do material em uma temperatura mais baixa.”
Ao adicionar uma nanopartícula à mistura, as partículas de prata se sinterizam a uma temperatura mais baixa de cerca de 212 F (100 C).
“Isso pode ser usado para imprimir sensores em roupas e papel, o que é útil, mas ainda é mais alto do que podemos suportar na temperatura da pele”, disse Cheng, que observou que cerca de 104 F – 40 C – ainda pode queimar o tecido da pele. “Mudamos a fórmula da camada auxiliar, mudamos o material de impressão e descobrimos que podíamos sinterizar em temperatura ambiente.”
A camada auxiliar de sinterização à temperatura ambiente consiste em pasta de álcool polivinílico – o principal ingrediente em máscaras faciais removíveis – e carbonato de cálcio – presente em cascas de ovo. A camada reduz a aspereza da superfície de impressão e permite uma camada ultrafina de padrões de metal que podem dobrar enquanto mantém as capacidades eletromecânicas. Quando o sensor é impresso, os pesquisadores usam um soprador de ar, como um secador de cabelo ligado em temperatura fria, para remover a água que é usada como solvente na tinta.
“O resultado é profundo”, disse Cheng. “Não precisamos depender do calor para sinterizar.”
Os sensores são capazes de capturar de forma precisa e contínua a temperatura, umidade, níveis de oxigênio no sangue e sinais de desempenho do coração, de acordo com Cheng. Os pesquisadores também conectaram os sensores corporais a uma rede com recursos de transmissão sem fio para monitorar a combinação de sinais conforme eles progridem.
O processo também é ecologicamente correto, disse Cheng. O sensor permanece robusto em água morna por alguns dias, mas um banho quente o removerá facilmente.
“Pode ser reciclado, pois a remoção não danifica o dispositivo”, disse Cheng. “E, o mais importante, a remoção também não danifica a pele. Isso é especialmente importante para pessoas com pele sensível , como idosos e bebês. O dispositivo pode ser útil sem ser um fardo extra para quem o usa ou para o meio ambiente. “
Em seguida, os pesquisadores planejam alterar a tecnologia para direcionar aplicações específicas conforme necessário, como uma rede precisa de sensores no corpo colocada para monitorar os sintomas particulares associados ao COVID-19.
