美國研究人員研發(fā)可直接在皮膚上打印可穿戴式傳感器

　　一個國際研究團隊通過一個新穎的層來幫助傳感器的金屬成分結(jié)合，從而將傳感器打印在人體皮膚上。

　　可穿戴式傳感器正在從手表和電極演變?yōu)榭蓮澢脑O(shè)備，為用戶提供更精確的生物識別測量和舒適度?，F(xiàn)在，一個國際研究團隊將進化又向前推進了一步，他們將傳感器直接打印在人體皮膚上，而不需要使用熱量。

　　在賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學系教授Cheng的帶領(lǐng)下，該團隊在ACS Applied Materials & Interfaces上發(fā)表了他們的成果。

　　“在這篇文章中，我們報告了一種簡單而又普遍適用的制造技術(shù)，使用新型燒結(jié)輔助層，實現(xiàn)了對體上傳感器的直接打印?！钡谝蛔髡?、中國哈爾濱工業(yè)大學研究員張玲（Ling Zhang）在Cheng的實驗室中說道。

　　Cheng和他的同事們之前開發(fā)了用于可穿戴傳感器的柔性印刷電路板，但直接在皮膚上印刷一直受到傳感器中金屬元件的粘合工藝的阻礙。這個過程被稱為燒結(jié)，通常需要華氏572度左右的溫度--300攝氏度，才能將傳感器中的銀納米顆粒粘合在一起。

　　“顯然，皮膚表面無法承受如此高的溫度，”Cheng說。"為了繞過這個限制，我們提出了一個燒結(jié)輔助層--不會傷害皮膚的東西，可以幫助材料在較低的溫度下燒結(jié)在一起。"

　　通過在混合物中加入納米粒子，銀粒子在較低的溫度下燒結(jié)，溫度約為212華氏度（100攝氏度）。

　　“這可以用來在衣服和紙張上打印傳感器，這是有用的，但它仍然高于我們可以忍受的皮膚溫度，”Cheng說，他指出，大約104華氏度 - 40 C - 仍然可以燃燒皮膚組織?！拔覀兏淖兞溯o助層的配方，改變了印刷材料，發(fā)現(xiàn)我們可以在室溫下燒結(jié)。”

　　室溫燒結(jié)輔助層由聚乙烯醇漿料--可剝離面膜的主要成分--和碳酸鈣--組成蛋殼。該層減少了印刷表面的粗糙度，并允許金屬圖案的超薄層，可以彎曲和折疊，同時保持機電能力。當傳感器被打印出來后，研究人員使用空氣鼓風機，例如設(shè)置在冷卻狀態(tài)下的吹風機，以去除墨水中作為溶劑的水。

　　“這個結(jié)果是深刻的，”Cheng說?！拔覀儾恍枰揽繜崃縼頍Y(jié)?！?/p>

　　據(jù)Cheng介紹，這些傳感器能夠精確、連續(xù)地捕捉溫度、濕度、血氧水平和心臟性能信號。研究人員還將身上的傳感器連接到一個具有無線傳輸功能的網(wǎng)絡(luò)中，以監(jiān)測信號的組合進度。這個過程也是環(huán)保的。傳感器在溫水中可以保持幾天的健壯性，但熱水淋浴會很容易將其移除。

　　“它可以被回收，因為移除不會損壞設(shè)備，”Cheng說。“而且，重要的是，移除也不會損壞皮膚。這對于皮膚敏感的人來說尤其重要，比如老人和嬰兒。該設(shè)備可以在不對使用它的人或環(huán)境造成額外負擔的情況下發(fā)揮作用?！?/p>

　　下一步，研究人員計劃根據(jù)需要改變該技術(shù)以針對特定的應(yīng)用，比如放置一個精確的體表傳感器網(wǎng)絡(luò)，以監(jiān)測與COVID-19相關(guān)的特殊癥狀。

　　其他貢獻者包括紀紅軍、謝森培、李耀銀、葉子恒、林鐵松、劉向利、冷雪松、李明宇、馮鵬東、張嘉恒和馬星，他們都隸屬于哈爾濱工業(yè)大學；黃厚兵和史曉明都隸屬于北京工業(yè)大學；寧毅隸屬于賓州大學材料科學與工程系。

　　這項工作得到了賓州大學、國家科學基金、美國化學會石油研究基金、深圳市科技計劃、深圳市工業(yè)和信息化局和國家科學基金的支持。