石墨烯復合材料有望顛覆醫(yī)療傳感器領域

目前涉及石墨烯的所有討論和研究，都是嘗試利用該材料的柔韌特性創(chuàng)建復合材料，應用在可穿戴和柔性電子上，本網也曾經做過不少覆蓋，只是目前大部分石墨烯復合材料都存在堅硬和不靈活的問題。

據報道，日前來自愛爾蘭的科研團隊靈光乍現(xiàn)，將石墨烯和兒童玩具SillyPutty（彩色橡皮泥）組合在一起，瞬間點燃了納米材料社區(qū)的激情。所產生的全新復合材料擁有廣泛的應用前景，科研團隊已經承諾將制造用于醫(yī)療診斷行業(yè)的超敏應變式傳感器上。

發(fā)表在《Science》雜志上的研究報告中，由愛爾蘭科學基金會贊助，總部設于都柏林三一學院的AMBER材料科研中心發(fā)現(xiàn)，如果你在類似于橡皮泥這樣的低粘度材料中添加納米片，其機電性能就會產生巨大的變化。你會突然發(fā)現(xiàn)已經擁有了一個極端敏感的應變式傳感器。

當你對已經注入石墨烯的橡皮泥施加電壓之后，哪怕是非常輕微的觸摸都會對電流產生非常大的變化。而這正是應變式傳感器的原理。

負責該項目的都柏林三一學院教授JonathanColeman說道：“如果將含有石墨烯的橡皮泥長度拉伸1％，那么電流就會調整5倍。非常小的機械變化都會產生巨大的電流變化。”

在對石墨烯橡皮泥進行的多項測試中，研究人員將這種符合材料分別放置在人的胸部和頸部，用來測量呼吸、脈搏和血壓。研究結果表明，對于應變式傳感器和壓力傳感器來說，這種復合材料擁有前所未有的靈敏度，是現(xiàn)有傳感器的數百倍。

“我們發(fā)現(xiàn)，當你將石墨烯和此類極軟聚合物組合在一起的時候，它們不僅完全勝任應變式傳感器的角色，而且跟目前我們創(chuàng)建的傳感器相隔幾光年的距離。”Coleman表示：“而且，這些特性事實上和這些柔軟的聚合物密切相關。”

另人感到驚訝的是，此前在該領域將石墨烯和低粘度聚合物結合的研究幾乎沒有。這主要是因為陷入了思維誤區(qū)，嘗試利用石墨烯的柔軟特性將材料變得更軟。因此在此前嘗試的融合中，往往選擇了質地堅硬的聚合物，在引入石墨烯之后并未得到預期，甚至某些復合材料反而變得更堅硬了。

盡管有嘗試過將石墨烯和柔軟的聚合物進行整合，但此前沒有將石墨烯嵌入到像橡皮泥這樣的柔軟聚合物中。

盡管將石墨烯添加到聚合物中已經進行了大量的嘗試，但是將石墨烯用于應變式傳感器尚屬首次，意味著石墨烯翻開了新的篇章。而主要的原因在于，沒有人會相信這個柔軟的材料能夠迸發(fā)出如此強烈的增益效果。

“我們都知道人類在這方面的研究并不多，”Coleman說道：“但是我必須承認的是，我們從未想過這種新型復合材料能呈現(xiàn)如此有趣的實驗結果。”

盡管Coleman堅信未來這種復合材將廣泛應用于醫(yī)療傳感領域，但截至目前，最明晰最重要的實例就是測量脈搏和血壓。

Coleman說道：“我們能夠以相對直接的方式的來測量脈搏。盡管現(xiàn)在有豐富的醫(yī)療手段實現(xiàn)，但是我們的方法相對更加簡單、便宜且具有持續(xù)性。”

“這項復合材料投入商用的首個挑戰(zhàn)就是材料的供應，不過我認為這并不是問題。”Coleman說道：“市場上有很多石墨烯的商業(yè)供應商，能夠大批量供應這種材料。而且，橡皮泥是常見且容易獲得的材料的。而兩種材料的組合程序也相當的簡單，自然可以工業(yè)化。所以，制造這種復合材料沒有問題。”

而如何將這種復合材料設計成傳感設備才是真正的挑戰(zhàn)。Coleman解釋道轉換成為商品，必須擁有類似于智能手表樣的外形以便于佩戴在手腕上，充分利用內部的傳感材料進行監(jiān)測。然后，你需要電源來產生電流并檢測其中的變化。還有需要創(chuàng)建相應的通信系統(tǒng)，將這些信號傳輸至移動手機上，通過應用來收集和分析數據。

他說道：“坦白來說，所有這些設想距離走進日常生活并不會太遠。我并不認為工程設計方面存在巨大的挑戰(zhàn)。因此我們真的很快會看到這種復合材料商業(yè)化。”

盡管Coleman和他的同事共同研發(fā)的應變式傳感器的敏感度已經不錯，但是他堅信當前的研究成果僅僅只是提供了全新的復合材料制造方法，基于這項研究，未來將會誕生更敏感的傳感技術。

“我們真正想做的事情是研發(fā)下一代傳感技術。”Coleman說：“我們已經擁有了非常敏感的復合材料，但是我們也看到用不同的方式不同的聚合物，整合石墨烯來制作復合材料，或許能夠創(chuàng)建比我們當前敏感十倍以上的復合材料。”至于它未來的發(fā)展狀況如何，本網將繼續(xù)關注。