Histórias de sucesso do cliente | Nature Materials: Sensores de pressão ultrasensíveis inspirados em folhas de carga para monitoramento de pressão intracraniana sem fio e cirurgia laparoscópica

Universidade Nacional de SingapuraComunicação AutorDr. Benjamin C. K. TeeEspere alguém,Inspirado no fenômeno do envolvimento de gás na superfície da folha de carga, um sensor de pressão foi projetado usando interfaces multifásicas de gás líquido-sólido e camadas elásticas de gás que podem modular a pressão nessas interfaces alterando o capacitor. Esse sensor éNanoscribebaseadoPrincípio de agregação de fótons duplosProdução do sistema de processamento nanométrico PPGT2.Este método de fabricação reduz o atrito e permite um movimento de linha de contato quase sem atrito, o que permite o desempenho de sensor de pressão da Zhou Yue. O sensor demonstrou suas funções em condições desafiadoras, incluindo turbulência, ambiente biológico no corpo e cirurgia laparoscópica.

Interface multifásica sem frição para sensores de pressão aeroelástica quase ideaisMateriais naturaisNo periódico. O primeiro coautor é da Universidade Nacional de Singapura.Wen Cheng, Xinyu Wangcom a Universidade de Ciência e Tecnologia de XangaiDr. Bearza.- É.

Verificação do impacto do projeto microestrutural na repetitividade do sensor

O objetivo da pesquisa é desenvolver um novo tipo de sensor de pressão, chamado eAir, cujo design é inspirado no fenômeno da interface água-ar na superfície não umidificante da folha de carga. Ao contrário dos sensores de pressão de estado sólido tradicionais, os pesquisadores realizaram o movimento sem linha de contato fixo em um sistema multifásico estruturado de múltiplas escalas sólido-líquido-líquido-gás através da tecnologia de polimerização de dois fotões Nanoscribe, criando um novo tipo de sensor de pressão capacitivo elástico de voo. Modelando as plantas da gaiola do Nilo, um sensor em miniatura (~ 0,5 mm3) foi produzido usando uma microestrutura de pilar hexagonal. A superfície do cilindro é projetada como um eletrodo de trabalho, tornando-o super liso injetando lubrificante na nanoestrutura condutora. Sob diferentes pressões de líquido, o líquido pode umidificar / desumidificar o eletrodo da coluna sem gerar um atraso no ângulo de contato. Este processo altera a área de contato líquido-eletrodo, alterando assim o capacitor. Em comparação com outros sensores de pressão que operam em ambientes líquidos, esses sensores podem medir pequenas flutuações de pressão no líquido com retardo ultra-baixo (1,34 ± 0,20%), alta sensibilidade (79,1 ± 4,3 pF kPa^-1) e alta linearidade (R2 = 0,99944 ± 0,00015); não linearidade 1,49 ± 0,17%).

Figura 1 Conceito e design do eAir. a、 Esquema da interface água-gás na superfície não umidificante da folha de líos. O gás está preso entre as estruturas abaixo da interface líquido-gás. À medida que a pressão da água muda, a interface se move para cima e para baixo. b、 Resposta de sensor de pressão feita de folhas de lotus. c) Desenho do eAir. A superfície do cilindro é usada como um eletrodo de trabalho e, inspirada em plantas de vinha, torna-se super-liso injetando lubrificante em uma nanoestrutura condutora. O líquido pode umidificar / desumidificar o eletrodo da coluna sob diferentes pressões líquidas sem gerar um atraso angular de contato. Este processo altera a área de contato líquido-eletrodo, alterando assim o capacitor. Ilustração: circuito equivalente do eAir. Ccounter， líquido - um capacitor de dupla camada elétrica na interface do eletrodo; CEDL.ct， Capacitante elétrico de dupla camada na interface de revestimento de eletrodo de trabalho-líquido; Cd.ct， Capacitante dielétrico entre o eletrodo de trabalho e o revestimento de superfície - interface líquida; Cd+air， O capacitor entre o eletrodo de trabalho e o líquido é conduzido através do gás; C0， Capacitante de interface da área inativa. Resposta do sensor de pressão do eAir. Esquema da composição do condensador do dispositivo eAir e superfícies marcadas I-IV com diferentes propriedades de umidificação para ajustar o desempenho do sensor. A etiqueta (à esquerda) corresponde à ilustração em c. Δθ， O ângulo de contacto da superfície é atrasado. À medida que a rugosidade da superfície diminui de IV para I, Δθ também diminui, indicando a transição da forte adesão para o deslizamento sem atrito do líquido. Essas mudanças nas propriedades da superfície afetam o desempenho do sensor. f、 Diagramas de desempenho de limiar positivo/inverso para sensores de pressão não ideais, bem como diagramas de desempenho linear e sem retardo para sensores de pressão ideais. g、 Comparação do desempenho linear com sensores de pressão de ambiente líquido relatados. Para destacar as diferenças, a linearidade (1 / (1-R2)) é definida para comparação. R2 (coeficiente de determinação) é o valor do resultado da adaptação linear da curva de desempenho do equipamento correspondente: quanto maior a linearidade, melhor a linearidade.

[Verificar o efeito do desempenho da umidificação da interface no desempenho do sensor]

Quatro superfícies diferentes projetadas no estudo foram marcadas de I a IV, respectivamente. Ao ajustar a rugosidade e a energia da superfície, essas superfícies apresentaram diferentes ângulos de contato e atraso de ângulo de contato. Os pesquisadores descobriram que diferentes superfícies tratadas resultam em diferentes graus de fixação da linha de contato na superfície do líquido, afetando assim os valores de ângulo de avanço e de atraso do ângulo de contato. Casos com maior rugosidade da superfície, como as superfícies III e IV, a fixação da linha de contato aumenta significativamente devido à presença de nanofios de polifenamina (PAni). Ao mesmo tempo, essas superfícies podem estar sob pressão líquida.Nascer nãomudança reversível.O aumento do ângulo de avanço e do atraso do ângulo de contato após a aplicação da pressão. O sistema de microprocessamento de nanofótons duplos Nanoscribe permite reduzir a rugosidade da superfície à escala nanométrica. Em experimentos como a superfície II, o ângulo de avanço e o atraso do ângulo de contato também diminuem de acordo. Na superfície I, aplicando o óleo de silício, a superfície se torna muito lisa, semelhante a um líquido lubrificante que penetra na superfície porosa. Isso reduz a fixação da linha de contato e o ângulo de avanço diminui.O atraso do ângulo de contato pode ser quase ignorado.Os pesquisadores também observaram que diferentes propriedades de umidificação da interface afetam diretamente o desempenho do sensor. Especificamente, quanto maior o ângulo de avanço, maior o limiar positivo do sensor; Quanto maior o atraso do ângulo de contato, maior o limiar inverso e o desempenho do atraso do sensor. Estes resultados fornecem orientação para a sintonia do desempenho do sensor.

O novo sistema de plataforma da série Quantum X da Nanoscribe é equipado com tecnologia de fotografia em escala de cinza (2GL). ®)， A alta liberdade de projeto, a eficiência de impressão de alta velocidade e a alta precisão necessárias para a fabricação aditiva de superfícies ultralisas de estruturas complexas. Os processos rápidos e precisos de fabricação aditiva abreviam drasticamente o ciclo de iteração do projeto. Quantum X shape é um modelo verdadeiramente omnipotente. Com base na tecnologia de polimerização de dois fotões, este sistema de escrita direta a laser não é apenas o melhor modelo para a fabricação de moldagem rápida, mas também é adequado para a produção em escala de formas 2,5D e 3D com base em qualquer precisão submicrônica em um wafer. A alta precisão da nova forma Quantum X depende da sua maior capacidade de proporção de modulação de ossina e de uma malha de processamento ultra-fina que permite o controle do tamanho das subsitinas. Além disso, beneficiando-se do ajuste fino da corpina com fotografia em escala de cinza dupla, o sistema alcança uma super suavidade na produção de microestruturas de superfície, mantendo ao mesmo tempo um controle de forma de alta precisão. Quantum X shape não é apenas usado em biomédica, microóptica MEMS、 A ferramenta ideal para a prototipagem rápida de dispositivos em microfluidos, engenharia de superfície e muitas outras áreas, e também para a produção em massa de pequenas unidades estruturais baseadas em wafers.

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