В недавней статье исследователи продемонстрировали, как важный компонент датчиков, называемый термистором, может быть сконструирован с использованием ультратонкой волоконной сетки. Термисторы - это тип резистора, сопротивление которого значительно меняется в зависимости от температуры.

Статья была опубликована онлайн в Передовая наука 4 сентября.

"Схема защиты от перегрева необходима, чтобы избежать сжигания биологических тканей во время работы гибких устройств. Одним из кандидатов является полимерный термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC), который имеет значительное увеличение сопротивления в узком диапазоне температур", - сказал Тихиро Окутани, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Синшу в Японии. "Чтобы такие термисторы можно было применять для медицинских датчиков на коже, они должны быть растяжимыми и сгибаемыми до нескольких сотен микрометров. Однако по-прежнему сложно изготовить термистор, температурные характеристики которого не ухудшаются при намотке на иглу с радиусом изгиба менее 1 мм."

Для этой технологии важно иметь возможность наматываться на иглу, потому что иногда датчики прикрепляются к иглам или катетерам во время использования. Чтобы достичь этого, термистор должен быть ультратонким. Исследователи использовали метод, называемый электроспиннингом, для создания ультратонкого полимерного PTC-термистора сетчатого типа. Электроспиннинг использует электричество для создания крошечных волокон. Волокна могут быть изготовлены из разных материалов, но в данном случае исследователи использовали раствор из композитных материалов.

Затем был протестирован недавно разработанный термистор, чтобы убедиться, что он обладает аналогичными характеристиками существующей технологии. Как и типичные пленочные термисторы, полимерный PTC-термистор сетчатого типа показал увеличение сопротивления на три порядка, что является важной характеристикой для предотвращения перегрева и ожогов. Используя сетчатую структуру, термистор также достиг прозрачности, которая может помочь датчикам сливаться с кожей, и газопроницаемости. Газопроницаемость необходима, потому что она предотвращает раздражение и дискомфорт. "Мы также продемонстрировали работу термистора, обернутого вокруг иглы диаметром 280 микрон, изготовив волокна на ультратонкой пленке толщиной 1,4 микрона", - сказал Окутани.

Даже с этим волоконным слоем, который служит для придания сетчатой структуры и дополнительного теплочувствительности, термистор оставался очень тонким. Это важно, потому что любое носимое медицинское устройство должно выдерживать изгиб, а когда устройство тоньше, нагрузка меньше.

Хотя эта термисторная технология является многообещающей, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы сделать ее надежной альтернативой существующей на рынке термисторной технологии. Термистор сетчатого типа имеет высокое начальное значение сопротивления из-за ограниченного числа проводящих путей. Исследователи предположили, что уменьшение расстояния между волокнами в сетке или увеличение количества используемых электродов могло бы решить некоторые из этих проблем, но необходимо будет провести дополнительные испытания.

"Наш следующий шаг - практическое применение разработанных термисторов. Мы считаем, что сверхгибкие и газопроницаемые термисторы могут выступать в качестве компонентов для предотвращения перегрева в кожных или имплантируемых устройствах, что делает гибкие датчики более безопасными в эксплуатации и надежными", - сказал Окутани.

Среди других авторов - Томоюки Йокота и Такао Сомея с кафедры электротехники и информационных систем Токийского университета.

JST ACCEL, Научно-технический фонд Тейси и Японское общество содействия развитию науки поддержали это исследование.