23/12/2021
Door Ad Spijkers
Een op koolstof gebaseerde biosensor overwint drie grote uitdagingen van op grafeen gebaseerde biosensing.
Een nieuwe op koolstof gebaseerde biosensor, ontwikkeld aan de University of Technology Sydney (UTS), zal nieuwe innovaties in hersengestuurde robotica stimuleren. De biosensor hecht zich aan de huid van het gezicht en het hoofd en detecteert elektrische signalen die door de hersenen worden verzonden. Deze signalen kunnen vervolgens worden vertaald in commando's om autonome robotsystemen te besturen.
Sensor uit grafeen
De sensor is gemaakt van epitaxiaal grafeen (in wezen meerdere lagen dunne, sterke koolstof) dat rechtstreeks is gegroeid op een siliciumcarbide op siliciumsubstraat. Het resultaat is een schaalbare nieuwe detectietechnologie die drie grote uitdagingen van op grafeen gebaseerde biosensing overwint: corrosie, duurzaamheid en weerstand tegen huidcontact. Daarmee hebben de onderzoekers het beste van grafeen, dat biocompatibel en geleidend is, kunnen combineren met het beste van siliciumtechnologie, waardoor onze biosensor veerkrachtig en robuust in gebruik is.
Grafeen is een nanomateriaal dat veel wordt gebruikt bij de ontwikkeling van biosensoren. Tot op heden zijn veel van deze producten ontwikkeld voor eenmalig gebruik en zijn ze gevoelig voor delaminatie als gevolg van contact met zweet en andere vormen van vocht op de huid.
De biosensor van het UTS daarentegen kan langdurig worden gebruikt en meerdere keren worden hergebruikt, zelfs in zoute omgevingen. Verder is aangetoond dat de sensor de zogenaamde huidcontactweerstand drastisch vermindert, waarbij niet-optimaal contact tussen de sensor en de huid de detectie van elektrische signalen van de hersenen belemmert.
Contactweerstand
De nieuwe sensor verbetert de contactweerstand wanneer de sensor op de huid zit. In de loop van de tijd hebben de onderzoekers een reductie van meer dan 75% van de initiële contactweerstand kunnen bereiken. Dit betekent dat elektrische signalen die door de hersenen worden verzonden, betrouwbaar kunnen worden verzameld. Vervolgens kunnen ze aanzienlijk worden versterkt, waardoor de sensoren betrouwbaar kunnen worden gebruikt in zware omstandigheden. Dit vergroot hun potentieel voor gebruik in hersen-machine-interfaces."
Het onderzoek maakt deel uit van een grotere samenwerking om te onderzoeken hoe hersengolven kunnen worden gebruikt om autonome voertuigen te besturen en te besturen. Het werk is een samenwerking tussen wetenschappers op het gebied van nanotechnologie en elektronische materialen en van hersen-computerinterfaces.
Indien succesvol zal het onderzoek leiden tot geminiaturiseerde, op maat gemaakte en op grafeen gebaseerde sensoren die het potentieel hebben voor tal van toepassingen.
Foto: UTS/Andy Roberts