新研发：利用“食材”打造健康监测仪

Daphane

來源:大纪元


两家英国的大学发明了一种以石墨烯和海藻为制作材料的健康监测器。图为丹麦的餐厅最近推出了利用海藻制作的创意菜肴。(Sergei Gapon/AFP)

【大纪元2023年07月07日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）关注健康，许多人或家庭都必备一些小型仪器以监测身体的健康指数。不久前，英国发明了一种以石墨烯和海藻为制作材料的健康监测仪器，可用来记录肌肉、呼吸、脉搏和血压等。
石墨烯纳米复合材料具有柔性的电敏感特性，使其有潜力用于制作可穿戴的电子皮肤设备，以实现高精度、生物力学和生命体征测量。但是，多数石墨烯纳米复合材料在制作过程中，都需要用到化学溶剂，而这些溶剂对人体有害，这导致有些产品无法应用于医疗或人体上。此外，用于人体的石墨烯纳米复合材料，还需满足高灵敏度、低刚度的要求。
为此，英国伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）和苏塞克斯大学（University of Sussex）共同开发一款符合这些要求的石墨烯纳米复合材料。该种材料由石墨烯、海藻和海盐组成，具有能够生物降解的特点。
这一研发的灵感来自于米其林餐厅美食胶囊果冻，这种美食在食品和酒店行业被称之“食品鱼子酱”。胶囊果冻的外面是含有固体海藻的覆盆子层，里面是液体果酱芯。
受这种果冻的启发，研究人员将石墨烯添加到棕色海藻衍生物中进行球化。其内馅是液体石墨烯芯，被一层固体海藻-石墨烯凝胶包裹，最终获得了这种可食用且可生物降解的胶囊。
制作这种胶囊首先需要将石墨分离成长度约290纳米（nm）、厚度只有1至6层原子大小的石墨烯，再将海藻酸钠混合到石墨烯悬浮液中。
随后，研究人员透过逐滴法，快速将这些材料滴进含有氯化钙的溶液当中进行固化，让它的外壳含有一层凝胶涂层，最终形成直径约2.5毫米（mm）的独立球形的胶囊材料，它们的外表均匀、光滑。
在对胶囊进行机械和导电性能测试时，研究人员发现，胶囊能够导电，而导电性强弱与胶囊外壳中的石墨烯含量有关，但差异不大。此外，胶囊在承受不同压力时会产生不同的电阻，压力增大，电阻也会增加，这种现象使得这种材料变成一种潜在的应变传感器。
研究发现，这与液体中的纳米石墨烯之间的堆叠有关，压力越大堆叠越多，导致电阻增加，压力小则电阻下降。另外，胶囊的直径大小和外壳厚度会影响其电阻性能。当直径小于2.5mm且外壳厚度650µm时，其电阻大约在2.6MΩ；若直径在4.5mm左右，外壳厚度300µm时，电阻则降至1MΩ。
以上这些特性，凸显出胶囊对于压力非常灵敏，当它们受到挤压或压缩时，电性会发生巨大变化，这也意味着它们可以用做高效应变传感器。
研究人员制作出不同大小和外壳厚度的胶囊，将其放置在特殊的基板上后进行封装，最终形成电子皮肤结构。
他们将该设备贴在人体上进行实验，发现这种设备不仅是一种高度灵敏的诊断工具，还能够精准测量和记录人体的肌肉运动、呼吸和脉搏变化。甚至能透过电阻变化，测量出人体血压的变化，与当初他们设想的一样。
除此之外，这种电子皮肤只需将外部的板层用温水清洁，就能轻易分离出里面的银金属线和胶囊，进行回收再利用。
上述研究成果今年6月底正式发表在《先进功能材料》杂志上。
伦敦玛丽女王大学材料博士迪米特里奥斯‧帕帕吉奥（Dimitrios Papageorgiou）对该校的新闻社表示：“我们通过将烹饪艺术与尖端纳米技术进行突破性融合，创造出海藻-石墨烯微胶囊的非凡特性，还提供一个用于高精度健康诊断的纳米复合材料可穿戴技术，同时该产品可被回收和生物降解。”◇