Onderzoekers van KAIST en Hanyang University hebben een innovatieve draadloze, laagfrequente, sensortechnologie ontwikkeld die zeer nauwkeurige metingen mogelijk maakt. De technologie, genaamd WiLECS (Wireless Ionic-Electronic Coupling System), biedt een alternatief voor bestaande sensoren die vaak afhankelijk zijn van hoge frequenties en daardoor gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie (EMI) en mogelijke gezondheidsrisico’s met zich mee kunnen brengen.
Conventionele draadloze sensoren gebruiken frequenties in het megahertz-bereik om voldoende signaalsterkte te genereren. Dit kan echter leiden tot weefselopwarming en instabiele signalen, wat de toepasbaarheid in klinische settings beperkt.
Fundamenteel andere benadering
Het onderzoeksteam koos daarom voor een fundamenteel andere benadering. Door een biocompatibel ionisch materiaal te ontwikkelen met een hoge capaciteit voor elektrische opslag, konden zij de noodzaak voor hoge frequenties elimineren. Deze materialen maken gebruik van ionenbeweging om elektrische signalen te genereren.
Het systeem werd gecombineerd met een draadloos LC-resonantiecircuit, waardoor energie-uitwisseling en datatransmissie mogelijk zijn bij lage frequenties. Het resultaat is een sensor die stabiel functioneert onder de 1 MHz en tegelijkertijd een hoge signaal-ruisverhouding behoudt.
Een bijzonder element van het ontwerp is het gebruik van gouden nanodeeltjes. Ionen zijn hieraan gebonden en komen alleen vrij bij mechanische druk. Dit zorgt ervoor dat zelfs minimale veranderingen in druk leiden tot meetbare elektrische signalen, wat de gevoeligheid van de sensor aanzienlijk verhoogt.
De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature Communications en markeren een belangrijke stap richting veiligere en stabielere draagbare en implanteerbare medische sensoren.
Toepassing bij hart- en vaatziekten
In experimenten met een kunstmatig bloedvatmodel slaagden de onderzoekers erin om realtime veranderingen in bloeddruk te monitoren die samenhangen met arteriosclerose. Deze aandoening, waarbij bloedvaten verstijven of vernauwen, is een belangrijke risicofactor voor hart- en vaatziekten.
Volgens projectleider Seungyoung Ahn toont de technologie aan dat het mogelijk is om uiterst subtiele fysiologische veranderingen betrouwbaar te meten zonder de nadelen van hoogfrequente systemen. De sensor kan in de toekomst worden ingezet voor continue monitoring van cardiovasculaire aandoeningen, zowel in draagbare als implanteerbare toepassingen.
Onderscheidende innovatie
Wat deze innovatie onderscheidt, is dat niet de frequentie is verhoogd om prestaties te verbeteren, maar het onderliggende werkingsprincipe van de sensor is aangepast. Dit opent nieuwe perspectieven voor de ontwikkeling van veilige, energiezuinige en nauwkeurige biosensoren.
De onderzoekers zien WiLECS als een platformtechnologie die breder toepasbaar is binnen de medische sector. Door de combinatie van lage elektromagnetische belasting en hoge meetprecisie kan deze aanpak bijdragen aan de volgende generatie slimme medische apparaten, waarin patiëntveiligheid en continue monitoring centraal staan.
Begin dit jaar slaagde een team van internationale ingenieurs en wetenschappers erin een systeem te ontwikkelen dat vijf veelvoorkomende longaandoeningen nauwkeurig kan herkennen, zonder fysiek contact met de patiënt. Die nieuwe draadloze sensortechnologie biedt perspectief op nieuwe vormen van contactloze diagnostiek en maakt daarvoor gebruik van radiosignalen met meerdere frequenties in combinatie met geavanceerde kunstmatige intelligentie. Door karakteristieke ademhalingspatronen te analyseren, kan het onderscheid maken tussen verschillende longaandoeningen.
