新研發：利用「食材」打造健康監測儀
【大紀元2023年07月07日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）關注健康，許多人或家庭都必備一些小型儀器以監測身體的健康指數。不久前，英國發明了一種以石墨烯和海藻為製作材料的健康監測儀器，可用來記錄肌肉、呼吸、脈搏和血壓等。
石墨烯納米複合材料具有柔性的電敏感特性，使其有潛力用於製作可穿戴的電子皮膚設備，以實現高精度、生物力學和生命體徵測量。但是，多數石墨烯納米複合材料在製作過程中，都需要用到化學溶劑，而這些溶劑對人體有害，這導致有些產品無法應用於醫療或人體上。此外，用於人體的石墨烯納米複合材料，還需滿足高靈敏度、低剛度的要求。
為此，英國倫敦瑪麗女王大學（Queen Mary University of London）和蘇塞克斯大學（University of Sussex）共同開發一款符合這些要求的石墨烯納米複合材料。該種材料由石墨烯、海藻和海鹽組成，具有能夠生物降解的特點。
這一研發的靈感來自於米其林餐廳美食膠囊果凍，這種美食在食品和酒店行業被稱之「食品魚子醬」。膠囊果凍的外面是含有固體海藻的覆盆子層，裡面是液體果醬芯。
受這種果凍的啟發，研究人員將石墨烯添加到棕色海藻衍生物中進行球化。其內餡是液體石墨烯芯，被一層固體海藻-石墨烯凝膠包裹，最終獲得了這種可食用且可生物降解的膠囊。
製作這種膠囊首先需要將石墨分離成長度約290納米（nm）、厚度只有1至6層原子大小的石墨烯，再將海藻酸鈉混合到石墨烯懸浮液中。
隨後，研究人員透過逐滴法，快速將這些材料滴進含有氯化鈣的溶液當中進行固化，讓它的外殼含有一層凝膠塗層，最終形成直徑約2.5毫米（mm）的獨立球形的膠囊材料，它們的外表均勻、光滑。
在對膠囊進行機械和導電性能測試時，研究人員發現，膠囊能夠導電，而導電性強弱與膠囊外殼中的石墨烯含量有關，但差異不大。此外，膠囊在承受不同壓力時會產生不同的電阻，壓力增大，電阻也會增加，這種現象使得這種材料變成一種潛在的應變傳感器。
研究發現，這與液體中的納米石墨烯之間的堆疊有關，壓力越大堆疊越多，導致電阻增加，壓力小則電阻下降。另外，膠囊的直徑大小和外殼厚度會影響其電阻性能。當直徑小於2.5mm且外殼厚度650µm時，其電阻大約在2.6MΩ；若直徑在4.5mm左右，外殼厚度300µm時，電阻則降至1MΩ。
以上這些特性，凸顯出膠囊對於壓力非常靈敏，當它們受到擠壓或壓縮時，電性會發生巨大變化，這也意味著它們可以用做高效應變傳感器。
研究人員製作出不同大小和外殼厚度的膠囊，將其放置在特殊的基板上後進行封裝，最終形成電子皮膚結構。
他們將該設備貼在人體上進行實驗，發現這種設備不僅是一種高度靈敏的診斷工具，還能夠精準測量和記錄人體的肌肉運動、呼吸和脈搏變化。甚至能透過電阻變化，測量出人體血壓的變化，與當初他們設想的一樣。
除此之外，這種電子皮膚只需將外部的板層用溫水清潔，就能輕易分離出裡面的銀金屬線和膠囊，進行回收再利用。
上述研究成果今年6月底正式發表在《先進功能材料》雜誌上。
倫敦瑪麗女王大學材料博士迪米特里奧斯‧帕帕吉奧（Dimitrios Papageorgiou）對該校的新聞社表示：「我們通過將烹飪藝術與尖端納米技術進行突破性融合，創造出海藻-石墨烯微膠囊的非凡特性，還提供一個用於高精度健康診斷的納米複合材料可穿戴技術，同時該產品可被回收和生物降解。」
責任編輯：連書華
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