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Chr.: „In welchem ​​Körperteil auch immer übermäßige Hitze oder Kälte zu spüren ist, die Krankheit muss entdeckt werden“1.Neuere medizinische Literatur weist darauf hin, dass lokale Schwankungen der Körpertemperatur von wenigen Grad Celsius als Reaktion auf Krankheiten oder ein Stimulans auftreten2,3.Eine genauere Beachtung solcher Schwankungen würde es ermöglichen, biophysikalische Veränderungen oder Fehlfunktionen eines bestimmten Körperteils frühzeitig zu erkennen.Die Diagnose von Brustkrebs und die Erkennung von Druckgeschwüren basierend auf der Überwachung lokaler Temperaturänderungen sind einige dieser Beispiele4,5,6.Ähnlich wie bei der Körpertemperatur ist es wichtig, menschliche Atembewegungen, Bewegungen und Muskelkontraktionen in Echtzeit zu verfolgen, um eine umfassende Gesundheitsüberwachung durchzuführen, insbesondere für ältere Menschen, Kinder und Sportler.Mensch-Computer-Interaktion, Softrobotik und künstliche Hautforschung betonen ebenfalls die Notwendigkeit der Dehnungsmessung und -kontrolle.Es gibt Fälle, in denen fortschrittliche tragbare Plattformen erfordern, dass sowohl Temperatur als auch Dehnung für denselben Teil des menschlichen Körpers gemessen werden.Die Wundüberwachung ist ein Beispielfall, bei dem Temperatur und Belastung zu überwachende Vitalparameter sind.Wundtemperatur und Heilungsstadien sind miteinander verbunden und die Temperatur ist ein signifikanter Biomarker, der mit einer beeinträchtigten Wundheilung in Verbindung gebracht wird.Ein Temperaturanstieg an der Wundstelle kann symptomatisch für Infektionen, Entzündungen oder Hyperämie sein.Die Temperatur der Wunde zeigt abrupte Änderungen, sobald sie infiziert wird.Ein solcher Temperaturanstieg an der Wundstelle ist ein früher Indikator für die Chronizität von Wunden, noch bevor visuelle Veränderungen auftreten.Studien von Horzic et al.zeigten einen Temperaturanstieg für die ersten drei Tage nach der Wundbildung, was ein Hinweis auf die Entzündungsperiode ist.Das Fortbestehen erhöhter Temperatur auch nach drei Tagen gilt als infizierte und gestörte Wunde7.Im Gegensatz dazu könnte die Abnahme der Wundtemperatur im Vergleich zum Rest des Körpers ein Indikator für geringe Kollagenablagerung, reduzierte „regenerative“ Entzündungszellen und Fibroblasten in der Spätphase sein8.Die Literatur berichtet von einem Temperaturunterschied von 1 bis 4 °C zwischen der normalen Haut und einer infizierten Wunde, was für die Erkennung und Diagnose von Bedeutung ist3,9,10.Frühere Studien implizieren auch, dass die richtige Menge an Zugspannung an der Wundstelle die Neovaskularisation und Zellproliferation fördert.Der Mechanotransduktionsprozess verstärkt die Proliferation und Migration von Fibroblasten und die Kollagensynthese.In-vivo- und In-vitro-Studien zeigen, dass mechanische Spannung eine lebenswichtige Voraussetzung für die Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten ist11,12.Basierend auf dieser Beobachtung ist die Drucktherapie unter dem Verband in der Wundbehandlung üblich, die einen bestimmten definierten Druck (35 mmHg bis 45 mmHg) auf den Wundverband erfordert13,14.Im Gegenteil, zu viel Druck kann dazu führen, dass das neue Gewebe von der Wundheilungsstelle gerissen wird.Forscher haben bereits die Relevanz von Zugkräften auf die Wunde für eine bessere Wundheilung identifiziert, jedoch fehlen ihnen praktikable Messmethoden.Um solche Parameter der Wunde zu überwachen, muss der Verband in eine intelligente tragbare Sensorplattform umgewandelt werden.Obwohl die im Handel erhältlichen Temperatur- und Dehnungssensoren ziemlich genau sind, ist die Tragbarkeit aufgrund ihrer 3D-Form, begrenzten Dehnbarkeit und Anpassungsfähigkeit ein Hauptnachteil.Die moderne Forschung auf dem Gebiet der tragbaren Elektronik befasst sich mit der Möglichkeit, solche Einschränkungen zu überwinden15.In den letzten Jahrzehnten wurde ein entscheidender Fortschritt der flexiblen Elektronik und des Wearable Computing erlebt, der einige Schlüsselprobleme angeht und die Robotik und den Sektor der persönlichen Gesundheitspflege revolutioniert.In den letzten Jahren wurden tragbare sensorbasierte Geräte entwickelt, die vom Aktivitätstracker-Armband über den Brustkrebs erkennenden BH bis hin zu tragbaren Emotionsdetektoren reichen16,17,18.Temperatur, Belastung, Herzsignale, Feuchtigkeit und Bewegung sind die üblichen Parameter, die in einer tragbaren Plattform überwacht werden.Die Pflaster mit mehreren integrierten Sensoren sind sehr vielversprechend für die E-Gesundheitspflege, um mehrere Biomarker zu überwachen, und sie sind für eine umfassende persönliche Gesundheitsbewertung vorgeschrieben.Eine kürzlich veröffentlichte Arbeit stellt ein multisensorisches Array für künstliche Haut vor, das mehrere Stimulanzien wie Temperatur, Berührung und Schmerz wahrnehmen kann19.Yoon et al.entwickelten ein mehrschichtiges sensorisches Pflaster, das auf Emotionen und die Wahrnehmung von Hauttemperatur und -leitfähigkeit reagiert18.Trotz der fortschrittlichen Innovationen sind die Bewegungsartefakte des menschlichen Körpers und die mechanische Diskrepanz zwischen Haut und Sensoren die größten Herausforderungen für die Präzision tragbarer Sensoren20.Die meisten der oben genannten Arbeiten verwenden anerkannte Reinraum-basierte Mikro-Nano-Verarbeitungstechniken für die Sensorherstellung, die hauptsächlich herkömmliche und neu entstehende elektronische Materialien verbrauchen.Diese Prozesse sind jedoch in der Regel teuer, komplex und zeitaufwändig, und die entwickelten Sensoren verfügen häufig nicht über die erforderlichen tragbaren Eigenschaften.Die Einführung gedruckter Elektronik in die flexible Elektronik hat noch faszinierendere tragbare Anwendungen hervorgebracht.Das Drucken ist ein alternativer Ansatz für herkömmliche Mikrofabrikationsverfahren, die den Vorteil einer einfachen, kostengünstigen und hohen Durchsatzproduktion von Sensoren haben.Im Gegensatz zu den Mikrofabrikationstechniken haben Druck- und Beschichtungstechniken einen Vorteil bei der Schaffung anpassungsfähiger Geräte für tragbare Anwendungen, da der Prozess mit flexiblen und dehnbaren Substraten kompatibel ist und die Tinten bei niedriger Temperatur aushärtende Materialien sind21,22.Gedruckte flexible Temperatursensoren basierend auf dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands von PEDOT:PSS werden beschrieben und behaupten, dass es unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist23.Eine alternative Studie berichtet über eine aus Silber und Kohlenstoff gebildete Thermoelementverbindung, die auf PET-Folie gedruckt ist und die Vorrichtung flexibel und biegbar ist24.In ähnlicher Weise demonstrierten Forscher für Prothesenanwendungen einen auf Folie gedruckten Dehnungssensor mit PEDOT:PSS als Funktionselement25.Für Wearables wurde ein flexibler siebgedruckter Dehnungssensor aus leitfähig-resistiven Verbundmaterialien entwickelt, der eine hohe Empfindlichkeit gezeigt hat26.Die erwähnten Temperatur- und Dehnungssensoren waren größtenteils flexibel, dennoch war die Dehnbarkeit des Sensors der größte Nachteil.Die jüngsten Entwicklungen in der Material- und Gerätetechnik eröffneten jedoch viele Perspektiven für dehnbare tragbare Elektronik.Kürzlich berichtete Dehnungssensoren auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren und Silbernanodrähten eignen sich hervorragend für dehnbare Anwendungen27,28.Auf thermoelektrischen Prinzipien basierende Dehnungssensoren, die mit elektrogesponnenem PEDOT:PSS zusammen mit Lycra hergestellt wurden, zeigten eine neue Art von tragbaren, dehnbaren Dehnungssensoren29.Zhanget al.haben ein mikrorahmengestütztes Gerät mit einer stapelartigen Schichtarchitektur entwickelt, das gleichzeitig den Druck und die Temperatur zur künstlichen Hautentwicklung messen kann.Die Autoren nutzen die thermoelektrischen und piezoresistiven Eigenschaften des Materials für Temperatur- bzw. Druckmessungen30.Ein Dual-Mode-Sensor wurde mit mikroporösem, mit Polypyrol beschichtetem Graphenschaum entwickelt, der Druck und Temperatur mit Strom- bzw. Spannungsänderungen ohne gegenseitige Beeinflussung misst31.Yin et.al arbeitete auch in ähnlichen Richtungen und entwickelte einen flexiblen Druck-Temperatur-Sensor mit zwei Parametern, bei dem ein Polyurethan/Kohlenstoff-Nanofaserschwamm als Sensorelement verwendet wurde32.Dieser Sensor wurde in die Maske integriert, um die menschliche Atmung in Echtzeit zu überwachen, und in einem Roboterarm für Hochtemperaturalarm und automatische Evakuierung eingesetzt.In der Literatur wurde über die Entwicklung einer hautähnlichen, dehnbaren Anordnung von multifunktionalen (MF) Sensoren einschließlich Temperatur-, Druck- und Gassensoren berichtet.Dieser Sensor verwendet für alle drei Sensormechanismen ein einziges Sensormaterial aus Polyurethanschaum, das mit einem mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren/Polyanilin-Nanokomposit beschichtet ist33.In einer anderen Arbeit wurde ein dehnbarer und hochbeständiger Temperatursensor auf Textilien entwickelt, obwohl die Dehnung eine signifikante Verschiebung der Temperaturmesseigenschaften bewirkte34.Gemäß der Literatur wurde die Temperatur-Dehnungs-Erfassung selten für Wundüberwachungsanwendungen untersucht.Die Autoren dieses Artikels stellen nach ihrem Wissen zum ersten Mal in dieser Studie eine simultane Temperatur-Dehnungs-Dual-Parameter-Sensing-Methodik vor, die ausschließlich auf Wundüberwachungsanwendungen abzielt.Erste Forschungsversuche auf diesem Gebiet zeigen im Handel erhältliche, nicht konforme Sensoren, die in ein Wundpflaster integriert sind35,36.Forscher der Technischen Universität Nanyang demonstrieren 3D-Aerosolstrahldruck-Silbermuster zur Dehnungsmessung für Bandagen.Escobedo et al.präsentierten individuelle Temperatur- und Dehnungssensoren, integriert in ein Polyamidfolienpflaster für Wunden, getestet an einem menschlichen Körperanalog.Sie zeigten jedoch nicht die Querempfindlichkeit jedes Stimulus auf den anderen37.In einer wesentlichen Weiterentwicklung wurde die Widerstandsüberwachung von Temperatur und Dehnung über ein sensitives Hydrogel zur Wundüberwachung beschrieben, jedoch stören sich beide Parameter aufgrund gleicher Ausleseparameter38.Darüber hinaus wurde das Hydrogel an Mäusen auf antimikrobielle Eigenschaften getestet, obwohl der Sensor nicht für Temperatur- und Dehnungsmessungen eingesetzt wurde.Es werden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um anpassungsfähige, dehnungsunempfindliche Temperatursensoren herzustellen, um eine präzise Temperaturüberwachung für eine effiziente Wundüberwachung zu ermöglichen.Ebenso haben Forscher hochgradig dehnbare Dehnungssensoren identifiziert und bemühen sich, diese zu realisieren, um die Zugkräfte auf eine Wunde zu regulieren und damit die Wundheilungsbedingungen zu optimieren.Die intelligente Wundauflage ist ein multivariates Konzept und muss viele strenge Anforderungen an Tragbarkeit, Funktionalität, Kompatibilität und Wegwerfbarkeit erfüllen:Hochgradig dehnbare, flexible Sensoren mit weicher HautoberflächeUmfassendes Wundmonitoring durch Multiparameter-AuswertungHöhere Sensorintegrationsdichte und bevorzugt multifunktionalSensoren müssen eine hohe Genauigkeit, Empfindlichkeit und Konsistenz aufweisenEinfache Herstellung und MaterialverfügbarkeitDiese Arbeit entwickelt eifrig einen flexiblen und dehnbaren thermoelektrischen Sensor mit zwei Parametern für die Wundüberwachung in vivo.Dieses innovative Einzelsensorkonzept verfügt über zwei verschiedene Anzeigeparameter, dh Temperatur und Dehnung, die so konzipiert sind, dass sie sich bei gleichzeitigen Messungen nicht gegenseitig stören.Der vorgesehene Sensor verwendet Drucktechniken, die einen industriekompatiblen und einfachen Herstellungsprozess auf tragbaren Substraten und Kosteneffizienz gewährleisten.Das geplante Sensorgerät mit zwei Parametern könnte die Wirksamkeit von tragbaren Sensoranwendungen verbessern, indem das Sensorsystem und die Ausleseinstrumente vereinfacht werden.Kompetente persönliche Gesundheitsfürsorge erfordert präzise, ​​flexible und tragbare Sensoren zur Erfassung.Diese Arbeit verwendet ein weiches und hochdehnbares thermoplastisches Substrat und eine hausintern formulierte PEDOT:PSS-Tinte für die Sensorherstellung.Die intelligente Auswahl von PEDOT:PSS wurde aufgrund seiner geringen Toxizität, Allgegenwärtigkeit, Elastizität und einfachen Verarbeitung als thermoelektrisches Material verwendet.Das PEDOT:PSS-Material gewährleistet die Transparenz des Sensors, wodurch die Wunde visuell überwacht werden kann, ohne den Verband zu entfernen.Die Sensoreffektivität wird in realen Szenarien getestet und der zweite Teil des Manuskripts betont dies durch In-vivo-Tests an Mauswunden.Diese Experimente zeigen die Anwendbarkeit dieses dualen Parameters und des tragbaren Sensors für reale Szenarien.Diese Arbeit verwendet Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS)-Polymerpellets, die von der Asahi Kasai Corporation, Tokio, Japan, für die Substratvorbereitung geliefert werden.Die SEBS-Pellets wurden in Chloroform in einem Verhältnis von 1 g/3 ml gelöst und auf eine Glasplatte rakelbeschichtet (Fig. 1a).Die beschichtete SEBS-Schicht auf der Glasplatte wurde in Umgebungslufttrocknung gehärtet und dann als Folie (ca. 1 mm dick) von der Glasplatte 18 entfernt.Frühere Studien präparierten die Folie mit dem gleichen Material und zeigten hervorragende elastische Eigenschaften von bis zu 800 % Dehnbarkeit39.(Das Hystereseverhalten der Substratdehnung finden Sie in der Zusatzinfo, Abb. S1).Der Sensor bestand aus zwei Silberelektroden, die durch eine dehnbare PEDOT:PSS-Schicht verbunden waren.Hier sind die Silberelektroden 6 cm voneinander entfernt und sie werden durch Siebdruck auf das SEBS-Substrat gedruckt (Abb. 1b).Hier kommt Flachbettsiebdruck (ISIMAT 1000 PE, Ellwangen, Deutschland) mit einem 40 × 40 mesh PET-Sieb (SEFAR PET 140/355–31, 40 Fäden pro cm) zum Einsatz.Dehnbare Silberpaste PE873 von Dupont (60 % Feststoffgehalt, härtbar bei 110°C, 20 min) wurde zum Realisieren der Silberelektroden von 1 cm × 1 cm verwendet.In der vorliegenden Arbeit wurde ein leitfähiges Polymer PEDOT:PSS mit dem Markennamen PH1000 von Heraeus, Precious Metals GmbH Co.KG, Hanau, Deutschland verwendet.Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI), 99,9 % extratrockenes Salz, wurde von Solvionic SA, Toulouse, Frankreich, bezogen, das hier als Streckbarkeitsverbesserer verwendet wurde.LiTFSI-Salz wurde der PEDOT:PSS-Dispersion mit unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen zugesetzt und kräftig gerührt und mit Hilfe eines Speedmixers (Hauschild Modell DAC 600.2 VAC-P) gemischt.Um die Zusammensetzung sprühbeschichtbar zu machen, wurde die Formulierung mit Wasser im Verhältnis 1:4 verdünnt.SEBS-Substratvorbereitung mit Rakelbeschichtung (a);Siebdruck von Silberelektroden auf SEBS (b);Sprühbeschichtung einer auf PEDOT:PSS basierenden Zusammensetzung auf SEBS-Substrat, das selektiv maskiert ist (c);Temperatursensor-Charakterisierung eingerichtet (d).Die erwähnte PEDOT:PSS-LiTFSI-Zusammensetzung wurde mit Hilfe eines Ultraschallsprühbeschichters (USSC) abgeschieden (Abb. 1c).Die Abscheidung wurde mit 20 Schichten mit einer Flussrate von 0,15 ml/min abgeschlossen.Hier wurde das Dünnschichtverfahren USSC gewählt, da es sich um ein vielseitiges, berührungsloses, großflächiges Lösungs-/Dispersionsbeschichtungsverfahren handelt.Die Ultraschallvibration des Beschichtungskopfes, die stehende Wellen auf dem Lösungstropfen induziert, führt zu seiner Zerstäubung, sorgt für eine konsistente Tropfengröße und einen hohen Grad an Beschichtungsgleichmäßigkeit auf flexiblen und starren Substraten.Die überlegene Qualität der PEDOT:PSS-Schicht sorgt für bessere Transparenz und elektrische Eigenschaften der gedruckten Dünnschicht.USSC hat große Bedeutung in der hochpräzisen Dicke (ab Nanometerskala) und der gleichmäßigen Abscheidung aktiver Schichten von Solarzellen, Leuchtdioden, Sensoren und anderen funktionellen Beschichtungsanwendungen gefunden, insbesondere in Massenvolumina40,41,42.Die vorbereiteten Proben wurden dann mit wässrigen Lösungen (1 Gew.-%) von Natriumthiosulfat (Na2S2O3) für 30 s behandelt und dann mit Ethanol gespült.Schließlich wurde es mit einer Stickstoffpistole getrocknet.Die Sensorherstellung für die Wunduntersuchung an Mäusen wurde auf kommerziellen transparenten Folien aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) durchgeführt (TPU wird häufig in Wundverbänden verwendet und SEBS muss für eine solche Anwendung weiter untersucht werden).Diese dehnbare TPU-Folie wurde von Grafytip, Houthalen, Belgien, bezogen.Es wurden Silberelektroden siebgedruckt und die im Verhältnis 1:4 mit Wasser verdünnte PH1000 PEDOT:PSS-Formulierung im USSC-Verfahren auf die TPU-Folie beschichtet.Die Sensortemperatur- und Dehnungsmessungen werden in zwei verschiedenen Anordnungen durchgeführt.Die Charakterisierung des Temperatursensors wird in einer Ofenkammer durchgeführt, in der Temperatur und Feuchtigkeit gründlich kontrolliert werden können.Basierend auf der Arbeit von Alhazmi et al.Auf einem Wärmeleitfähigkeitsmessaufbau43 wird ein Charakterisierungssystem im eigenen Haus gebaut und für die Temperatursensorcharakterisierung leicht modifiziert (Abb. 1d).Der Messaufbau besteht aus einem kalten und einem heißen Arm, zwischen denen eine Probe eingeklemmt werden kann.Der heiße Arm hat eine integrierte Dünnschichtheizung, kombiniert mit einer hochwärmeleitenden Graphitfolie, um die Wärmeverteilung gleichmäßig auf dem Pfahlbett zu verteilen.Die Dünnschichtheizung mit einer maximalen Leistung von 2,5 W kann so gesteuert werden, dass sie eine vordefinierte Heißarmtemperatur erreicht.Eine Elektrode (Verbindung) des Sensors wurde an diesem heißen Arm fixiert.Die zweite Elektrode (Junction) wurde im kalten Arm eingeschlossen und ähnelte dem heißen Arm, mit Ausnahme der Dünnschichtheizung.Beide Arme sind präzise mit Thermoelementen zur Temperaturmessung in den jeweiligen Verbindungsstellen gekoppelt.Beide Elektroden sind zur thermoelektrischen Spannungsmessung extern verbunden.Zur Aufzeichnung der Messwerte wird ein Agilent 34001A Multimeter verwendet.Der Spalt zwischen den Probenhaltern wird vergrößert, um die Dehnbarkeit der Temperatursensorcharakterisierung durchzuführen.Dehnungsmessungen werden mit einer hausintern hergestellten Dehnungsbank durchgeführt, wobei das System über eine LabVIEW-Schnittstelle44 gesteuert wird.Die Dehnungsgeschwindigkeit während der Dehnungsmessung betrug 1 cm/Minute und der Erfassungsteil des Sensors bestand aus einer Länge von 5 cm.Die Fermi-Level-Messungen wurden durch frequenzmodulierte Kelvin-Sondenkraftmikroskopie (KPFM) von Park NX10 mit einer vertikalen Auflösung von 0,015 nm und einer lateralen Auflösung von 0,05 nm durchgeführt, Pt/Ir-beschichtete Spitzen von ST-Instrumenten wurden verwendet, um das Experiment durchzuführen.Alle Experimente wurden unter Umgebungsbedingungen durchgeführt.Vor den Messungen werden die leitfähigen Spitzen kalibriert.In den 1800er Jahren entdeckte ein deutscher Physiker, Thomas Johann Seebeck, dass zwei unterschiedliche Metallverbindungen, die auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, eine elektromotorische Kraft (EMK) erzeugen, die später als Seebeck-Effekt bezeichnet wird.Der Seebeck-Effekt ist eine besondere Art eines thermodynamischen Phänomens, bei dem Elektronenflüsse und Wärmeenergien vermittelt werden, was zu einer Kopplung zwischen dem elektrochemischen Potential und der Temperatur führt.Hier erzeugt der Elektronenfluss von der heißen Verbindungsstelle zur kalten Verbindungsstelle eine EMK, die proportional zur Temperaturdifferenz zwischen beiden Verbindungsstellen ist.Das Verhältnis dieser induzierten Thermospannung zur Temperaturdifferenz wird als Seebeck-Koeffizient bezeichnet, der eine intrinsische Eigenschaft des Materials ist45.Unsere Suche nach Trageeigenschaften und Herstellungsattributen wie Bedruckbarkeit, Flexibilität und Biokompatibilität zusammen mit einigermaßen guten thermoelektrischen Eigenschaften führt zu leitfähigen und halbleitenden Polymeren.Daher wird die Auswahl von Materialien wie Polyanilin, P3HT und PEDOT:PSS auf der Grundlage ihrer Eigenschaften bewertet.Die überlegenen mechanisch-elektrischen Übertragungseigenschaften von PEDOT:PSS tragen dazu bei, dass der Sensor flexibel und dehnbar ist.Die dehnungsinduzierte Dehnung kann basierend auf den Widerstandsänderungen aufgrund der Dimensionsänderungen der PEDOT:PSS-Schicht angezeigt werden.Die Architektur der vorgeschlagenen Vorrichtung ist einfach ein Thermoelement, und das thermoelektrische Element zwischen den Verbindungen wirkt als dehnbarer Leiter.Abbildung 2a zeigt das Gerätedesign bestehend aus einem flexiblen Substrat, auf das planare Strukturen gedruckt werden, so dass es gleichzeitig als Temperatur- und Dehnungssensor fungieren kann.Die Dehnung der thermoelektrischen Schicht induziert proportional eine Widerstandsänderung an der Vorrichtung.Sie hat jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Differenztemperaturmessung, da die erzeugte Spannung im Leerlauf gemessen wird30.reproduziert mit Genehmigung von Elsevier (Lizenznummer 5111310168119)).Schematische Darstellung des an einer Wundstelle angebrachten Sensors (d).Veranschaulichung der Dehnungs- und Temperaturerfassung in einem einzelnen Gerät, das aus einem dehnbaren Substrat aufgebaut ist, das mit einem thermoelektrischen Material bedruckt ist und dessen Verbindungen mit gedruckten Silberelektroden (Ag) gebildet sind (a);;Foto der Wunde (b) und ihr FLIR-Wärmebild, auf dem der Temperaturunterschied zwischen der Wunde und dem umgebenden Gewebe sichtbar ist (c) (Bild b & c46, sindDie Temperaturmessung des vorgeschlagenen Sensors ist neuartig und unterscheidet sich von den herkömmlichen Thermoelementsystemen.Bei Standard-Thermoelementmessungen befindet sich eine der Thermoelementverbindungen auf dem Objekt/Punkt der beabsichtigten Temperaturmessung.Außerdem ist die zweite Verbindungsstelle die Vergleichsstelle, deren Temperatur bekannt ist.Die erzeugte Spannung ist proportional zur Temperaturdifferenz (ΔT).Die unbekannte Temperatur an der ersten Verbindungsstelle kann aus dem bekannten Seebeck-Koeffizienten des Materials und der Vergleichsstellentemperatur berechnet werden.Studien in der Vergangenheit zeigten das ΔT zwischen der Wunde und dem benachbarten gesunden Körperbereich als Hinweis auf Infektionen und Entzündungen (Abb. 2b, c), wobei die Temperatur der Wunde und des angrenzenden Bereichs mit Wärmebildgebung abgebildet wird46,47.Die kontinuierliche Überwachung von Wunden mit einer Wärmebildkamera in einem Wundverband ist jedoch nahezu unmöglich und solche Geräte wären teuer.In dem vorgeschlagenen Messschema dieser Arbeit wird eine Verbindungsstelle auf den betroffenen Bereich der Haut (Wunde) gelegt, der überwacht werden soll.Als Vergleichsstelle wird die vermutlich gesunde Haut, wenige Zentimeter von der Wunde entfernt, genommen, an der das ΔT zwischen Wunde und normaler Haut eine Thermospannung erzeugt (Abb. 2d).Dies ist eine relative Temperaturmessung, bei der das gesunde Gewebe zur Referenz der Messung wird.Dadurch entfällt die bei Thermoelementen vorgeschriebene temperaturkompensierte 2. Verbindungsstelle.Das innovative Designkonzept zur Überwachung der Wundtemperatur umgeht die Komplexität, die bei herkömmlichen Thermoelementen bestehen bleiben würde.Dies ist keine universelle Lösung für alle Temperatur- und Dehnungsmessungen, aber es bleibt relevant und bleibt eine innovative Lösung für die Wundtemperatur und die Definition mechanischer Kräfte an der Wundstelle.Um die Anwendbarkeit des entwickelten Sensors zu demonstrieren, wurde ein Maus-Wundheilungsmodell, dh ein „Full-Dicke-Exzisionswunde-Modell“48 angewendet.Alle tierexperimentellen Verfahren wurden von der Ethikkommission für Tierversuche (ECAE) UHasselt (Zulassungsnummer 201946) gemäß den in der Richtlinie 2010/63/EU beschriebenen Richtlinien sowie den spezifischen belgischen Gesetzen (belgisches Tierschutzgesetz und Königlicher Erlass vom 29. Mai 2013) zum Schutz der für wissenschaftliche Zwecke verwendeten Tiere.Darüber hinaus wird diese Pilot-Machbarkeitsstudie gemäß den ARRIVE-Richtlinien berichtet.Die Mäuse wurden in einem temperierten Raum (20 ± 3 °C) mit einem 12-Stunden-Hell-Dunkel-Zeitplan und mit Futter und Wasser nach Belieben gehalten.Wunden wurden in männliche BALB/cJRj-Mäuse im Alter von 11 Wochen eingeführt (Janvier, Le Genest-Saint-Isle, Frankreich).Die Mäuse wurden während aller chirurgischen Eingriffe und Wundmessungen mit 2 % Isofluran (IsofFlo, Abbot Animal Health, Belgien) anästhesiert.Zuerst wurde das Rückenhaar rasiert, gefolgt von einer Enthaarungscreme (Veet, Reckitt Benckiser Group, Slough, UK), um die verbleibenden Haare zu entfernen.Am nächsten Tag wurde der Rücken mit einer Jodlösung desinfiziert und runde Wunden in voller Dicke direkt unterhalb des Nackens wurden unter Verwendung einer Biopsie-Stanze (Stiefel) mit einem Durchmesser von 10 mm hergestellt, die die Epidermis durchsticht.Der Panniculus carnosus wurde unter Verwendung einer gebogenen Vannas-Federschere (Fine Science Tools, Heidelberg, Deutschland) entfernt.Die Wunde wurde mit einem halbokklusiven Verband (Tegaderm, 3 M, Diegem, Belgien) abgedeckt, der für Flüssigkeiten, Bakterien und Viren undurchlässig war.Schließlich wurden die Mäuse in Einzelkäfige gesetzt und konnten sich auf einem Heizkissen vollständig von der Anästhesie erholen.Zu mehreren Zeitpunkten (4., 6., 8. und 12. Tag nach der Operation) wurden die Mäuse erneut anästhesiert, das Tegaderm entfernt und die Wundtemperatur mit dem entwickelten Sensor gemessen.Jedes Mal wurden die Sensoren auf der Wunde angebracht und nach den Messungen wieder entfernt.Der Sensor wurde so platziert, dass sich eine Elektrodenverbindung auf der Wunde und die zweite Verbindung an der Spitze der Caudalinienregion der Mäuse befand.Der Foliensensor hat eine Abdeckfolie, die zuerst entfernt wird, und der Sensor wurde an einer Verbindungsstelle befestigt.Auf der Rückseite des Substrats, wo die Silberelektrode aufgedruckt ist, wurde eine Abstützung mit einem nicht dehnbaren Klebeband vorgesehen, damit die Elektrodenverbindung unter extremen Dehnungsbedingungen des Sensors nicht beschädigt wird.Dann wird es auf die benötigte vordefinierte Länge gedehnt und die zweite Verbindungsstelle so angebracht, dass sie die Wundstelle und den Referenzpunkt verbindet.Die Verbindungsstellen wurden mit Hilfe eines medizinischen Pflasters fest an ihrer jeweiligen Position platziert.Die Nachfrage nach tragbaren Dehnungssensoren ist aufgrund ihrer Rolle bei der Übersetzung menschlicher Organfunktionen, der Wundüberwachung und der Erkennung von Körperbewegungen in elektronische Informationen massiv gestiegen.Herkömmliche Dehnungssensoren sind weniger ideal für Gesundheitsüberwachungsanwendungen, hauptsächlich aufgrund ihrer Starrheit und Steifheit, die die Erfassung nicht kompliziert macht, sondern die freien Körperbewegungen einschränkt.Von tragbaren Dehnungssensoren wird erwartet, dass sie im Wesentlichen hochgradig dehnbar, mit weichen Schnittstellen und anpassungsfähig sind, um multiskalige und dynamische Verformungen aufzunehmen, die durch Körperbewegungen verursacht werden.In diesem Artikel konzentrierten sich die Autoren in Bezug auf die Entwicklung von Dehnungssensoren hauptsächlich auf die Verbesserung der Dehnbarkeit der PEDOT:PSS-Schicht, da die zuvor berichteten PEDOT:PSS-basierten Sensoren eine schlechtere Dehnbarkeit aufwiesen.Eine verbesserte Dehnbarkeit des Sensors bietet eine bessere Umwandlung der Körperbewegungen in Sensorsignale, erfordert jedoch einen niedrigeren Elastizitätsmodulwert des Materials.Wanget.al veröffentlichten einen neuen Ansatz zur Verbesserung der elastischen Eigenschaften von PEDOT:PSS-Material durch Zugabe von Dehnbarkeitsverstärkern49.In dieser Arbeit haben wir LiTFSI-Salz als Streckbarkeitsverstärker bei der Herstellung der Tintenformulierung eingesetzt.Es wurden drei verschiedene Tintenformulierungen mit Unterschieden in der Zusammensetzung hergestellt;PEDOT:PSS ohne Zusätze, PEDOT:PSS mit 5 Gew.-% Verstärker und PEDOT:PSS mit 15 Gew.-% Verstärker.Die mit USSC beschichteten Proben auf dem SEBS-Substrat wurden chemischen Behandlungen unterzogen, um die Temperaturempfindlichkeit zu verbessern (ausführlich in dem Abschnitt erklärt, in dem der Temperatursensor erörtert wird).Die PEDOT:PSS-LiTFSI-Schicht auf Folie wurde gestreckt (100 %) und mit Klebeband auf einen Objektträger geklebt und mit Hilfe eines Lichtmikroskops sichtbar gemacht (Abb. 3).Die erste Probe, die ohne das Verstärkeradditiv hergestellt wurde, zeigte relativ große Brüche in der Schichtoberfläche.Die Proben mit 5 Gew.-% Verstärker zeigten eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Schichtbrüchen als die erstere.Die Probe mit 15 Gew.-% Verstärker zeigte jedoch eine außergewöhnlich hohe Integrität und viel weniger Defekte und Risse.Die Zugabe des Streckbarkeitsverstärkers zu der PEDOT:PSS-Zusammensetzung führt zu einem Ladungsabschirmungseffekt, der die Coulomb-Anziehung zwischen PEDOT und PSS49 verringert.Die PEDOT-Phase modifiziert sich selbst in eine verbundene Nanofaser- und eine kristalline Morphologie.Der Dehnbarkeitsverstärker bleibt in den amorpheren PSS-Domänen und stellt eine weichere Matrix für PEDOT50 bereit.Diese strukturellen Änderungen tragen dazu bei, die reversible Dehnbarkeit des Dehnungssensors und die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Bildung von Rissen und Beschädigungen in der Sensorschicht zu erreichen.Mit 15 Gew.-% LiTFSI-Salz präparierte Proben werden für weitere Untersuchungen in dieser Arbeit ausgewählt.Mikroskopische Bilder von PEDOT:PSS-Schichten mit unterschiedlichen Anteilen von Dehnungsverstärkern, die zum Dehnen aufbewahrt werden.Schichtmorphologie der PEDOT:PSS-Zusammensetzung ohne Zugabe von Dehnbarkeitsverstärkern (a), nach dem Strecken auf einen Dehnungswert von 100 % (b), die resultierende Schicht aus PEDOT:PSS mit 5 Gew.-% bzw. 15 Gew.-% Dehnbarkeitsverstärker bei 100 % Dehnung Bedingung (c, d).Der Widerstand (R) der dünnen und leitfähigen Schicht aus PEDOT:PSS mit einer Länge l, einer Breite w und einer Dicke (t) ist gegeben als:Das Dehnen der überredeten Dehnung (ε) führt zu einer entsprechenden Zunahme der Länge, während Breite und Dicke proportional zum Poissons-Verhältnis des PEDOT:PSS (υp) und des Substrats (υs) abnehmen.Dies basiert auf der Annahme, dass eine Widerstandsänderung aufgrund der Verformung des dehnbaren Leiters auftritt und sich der spezifische Widerstand (ρ) des PEDOT:PSS-Materials während des Streckens nicht ändert.Der neue Widerstand R' nach dem Dehnen ist gegeben durchDie entwickelten Dehnungssensoren werden anhand der Skalen Messbereich, Linearität, Wiederholbarkeit, Konsistenz und Geometriefaktor charakterisiert und auf ihre Wirksamkeit getestet.Der vorgeschlagene Sensor (ungedehnter Sensorwiderstand von 1840 Ω) zeigt eine hervorragende Dehnbarkeit auf einer Eingangsskala von 0 bis 70 % Dehnung (Abb. 4a).Die Kennlinie Dehnung zu relativer Widerstandsänderung zeigt eine lineare Übertragungsfunktion des Sensors mit einem Korrelationskoeffizienten von ∼ 0,99.Der Sensor wurde wiederholt mit einem aufgebrachten Dehnungswert getestet, der 70 % entsprach (Fig. 4b), und zeigte eine relative Widerstandsänderung von 1,26 ± 0,002.Der geringe Standardfehler zeigt die Fähigkeit des Sensors an, Sensorsignale wiederholt identisch zu wandeln (Sensormessungen mit den Standardabweichungen wurden in die Zusatzinfo aufgenommen, Abb. S2).Normierte Widerstandsänderung des Sensors bei 70 % Dehnung (a) und Nachweis der Reproduzierbarkeit der Sensormessungen (b).Biotechnologie.Artikel PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMedGoogle ScholarArtikel CAS PubMedGoogle ScholarWissenschaft.AuflösungMater.Artikel CAS PubMedGoogle ScholarBiomed.Artikel CAS PubMedGoogle ScholarMed.Wissenschaft.Wissenschaft.Auflösunget al.Wissenschaft.Artikel ADS-CAS Google ScholarMater.Artikel CAS PubMedGoogle Scholar2018.Mater.Mater.Eng.Mater.Artikel CAS PubMedGoogle ScholarKommun.Wissenschaft.Artikel ADS-CAS Google ScholarWissenschaft.Mater.Artikel CAS PubMedGoogle ScholarSoc.Eng.Mater.Wissenschaft.Mater.Artikel ADS-CAS Google ScholarArtikel ADS-CAS Google ScholarMed.Artikel ADS CAS PubMed Google ScholarWissenschaft.Mater.Artikel CAS PubMedGoogle ScholarWissenschaft.Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenDie Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.Springer Nature bleibt neutral in Bezug auf Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Verwendung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, solange Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen nennen. 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