Pomysł naszych naukowców na udoskonalenie sensorów naskórnych

Elektroniczne tatuaże to inaczej sensory naskórne, czyli urządzenia w postaci naklejek, najczęściej z folii, które można nakleić bezpośrednio na skórę. W jakim celu?

 – Jedną z próbek, która może być wykorzystana do pomiarów nieinwazyjnych, jest pot. Skład potu odzwierciedla stan zdrowia pacjenta i jest związany z procesami fizjologicznymi i metabolicznymi, które zachodzą w ciele. Pot jako próbka biomedyczna jest łatwa do pobrania, powstaje w sposób naturalny. Jest to szczególnie ważne, ponieważ nasze prace rozwijamy w celu  monitorowania stanu zdrowia sportowców i osób rehabilitowanych ruchowo – mówi dr hab. inż. Łukasz Górski, prof. uczelni z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.

Jako czujniki w tatuażach elektronicznych stosuje się między innymi elektrody jonoselektywne. W ramach projektu realizowanego ze środków programu IDUB, politechniczni naukowcy skupili się na ustaleniu związku między strukturą i właściwościami cieczy jonowych a stabilnością potencjału miniaturowych elektrod referencyjnych opartych na tych związkach. Stabilność potencjału tego typu elektrod istotnie wpływa na dokładność wyników prowadzonych analiz elektrochemicznych.

 – Miniaturyzacja elektrod wskaźnikowych stosowanych w potencjometrii to szeroko omawiany obszar badawczy. Niestety, w większości przypadków, publikowane prace naukowe skupiają się na pomiarach miniaturowych elektrod wskaźnikowych wobec dużych elektrod referencyjnych. Takie rozwiązanie nie ma sensu, zwłaszcza w przypadku elektronicznych tatuaży, które muszą przylegać do ciała – tłumaczy prof. Górski.

W literaturze naukowej można znaleźć informacje na temat różnego typu membran przeznaczonych do zastosowania w elektrodach referencyjnych, ale z powodu ich składu (np. chlorek sodu w membranie polimerowej) trudno się je nanosi, są niewygodne, nie przylegają.

Badacze z PW opracowali membrany zawierające ciecze jonowe, które rozpuszczają się w membranie i stabilizują potencjał elektrody.

 – W wyniku prowadzonych przez nas badań okazało się, że to jakiej cieczy jonowej użyjemy, czyli jej specyficzne właściwości fizykochemiczne, mają wpływ na stabilność potencjału elektrody. Ważne, aby ciecz miała zbliżone współczynniki podziału dla anionu i kationu. Nie da się tego bezpośrednio zmierzyć, ale można to komputerowo zamodelować i sprawdzić, przy jakim współczynniku podziału uzyskamy większą stabilność potencjału elektrody – wyjaśnia prof. Górski.

Obecnie nad technologią nanoszenia opracowanych membran na elektrody wskaźnikowe pracują naukowcy z CEZAMAT-u. Celem jest wypracowanie takiej metody, która umożliwi masowy wydruk, czyli niskie koszty produkcji, a co za tym idzie, w przyszłości, możliwość zakupu takich tatuaży chociażby przez sportowców-amatorów. Osiągnięcie tego celu wydaje się być na wyciągnięcie ręki dzięki wykorzystaniu techniki druku aerojet-printing. Obecnie prowadzone prace realizowane są w ramach projektu „Funkcjonalne materiały kompozytowe do drukowalnych sensorów do telerehabilitacji” (TECHMATSTRATEG-III/0032/2019, kierownik: prof. dr hab. inż. Małgorzata Jakubowska), który finansowany jest ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Projekt „Ciecze jonowe jako składniki membran elektrod referencyjnych w urządzeniach przeznaczonych do analizy potu” był finansowany w ramach grantu badawczego programu "Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza", który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu badawczego:

dr hab. inż. Łukasz Górski, prof. uczelni; dr hab. inż. Marek Królikowski, prof. uczelni; dr hab. inż. Ilona Grabowska-Jadach, prof. uczelni; dr hab. inż. Marta Królikowska, prof. uczelni; inż. Kinga Kochman.