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研究人員開發(fā)出了一種制造自適應(yīng)生態(tài)友好型傳感器的方法，這種傳感器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。資料來源：劍橋大學(xué)

這種方法由劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)，其靈感來自蜘蛛絲，蜘蛛絲可以粘附在各種表面上。這些"蜘蛛絲"還結(jié)合了生物電子學(xué)，因此可以在"網(wǎng)"上添加不同的傳感功能。

先進(jìn)的傳感器技術(shù)

這種纖維比人的頭發(fā)至少小 50 倍，重量非常輕，研究人員直接將其打印在蒲公英蓬松的種子頭上，而不會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)。印在人的皮膚上時(shí)，纖維傳感器會(huì)緊貼皮膚并暴露出汗孔，因此佩戴者不會(huì)察覺到它們的存在。對(duì)印制在人體手指上的纖維進(jìn)行的測(cè)試表明，它們可用作連續(xù)的健康監(jiān)測(cè)器。

這種低廢物、低排放的生命結(jié)構(gòu)增強(qiáng)方法可用于從醫(yī)療保健和虛擬現(xiàn)實(shí)到電子紡織品和環(huán)境監(jiān)測(cè)等一系列領(lǐng)域。今天（5 月 24 日），《自然電子學(xué)》雜志報(bào)道了這一研究成果。

研究人員開發(fā)出了一種制造自適應(yīng)生態(tài)友好型傳感器的方法，這種傳感器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。這種比人類頭發(fā)至少小 50 倍的纖維非常輕巧，研究人員可以直接將其打印到蒲公英蓬松的種子頭上，而不會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)。資料來源：劍橋大學(xué)

雖然人體皮膚非常敏感，但在皮膚上增加電子傳感器可以從根本上改變我們與周圍世界的互動(dòng)方式。例如，直接印在皮膚上的傳感器可用于持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、了解皮膚感覺，或在游戲或虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中改善"真實(shí)"感覺。

可穿戴技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

雖然嵌入傳感器的可穿戴技術(shù)（如智能手表）已廣泛普及，但這些設(shè)備可能會(huì)讓人感到不舒服和礙眼。它們還會(huì)抑制皮膚的內(nèi)在感覺。

"如果你想準(zhǔn)確地感知皮膚或樹葉等生物表面上的任何東西，那么設(shè)備與表面之間的接口就至關(guān)重要，"領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的劍橋大學(xué)工程系教授黃艷艷（Yan Yan Shery Huang）說。"我們還希望生物電子器件對(duì)用戶來說是完全不可感知的，這樣它們就不會(huì)以任何方式干擾用戶與世界的互動(dòng)方式，而且我們希望它們是可持續(xù)的、低廢料的。"

研究人員開發(fā)出了一種制造自適應(yīng)環(huán)保型傳感器的方法，這種傳感器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。當(dāng)印制在人體皮膚上時(shí)，纖維傳感器會(huì)緊貼皮膚并暴露出汗孔，因此佩戴者不會(huì)察覺到它們的存在。對(duì)印制在人類手指上的纖維進(jìn)行的測(cè)試表明，它們可用作連續(xù)健康監(jiān)測(cè)器。資料來源：劍橋大學(xué)

柔性電子產(chǎn)品的創(chuàng)新

制造可穿戴傳感器有多種方法，但這些方法都有缺點(diǎn)。例如，柔性電子元件通常印在塑料薄膜上，不允許氣體或濕氣通過，因此就像用保鮮膜包裹皮膚一樣。其他研究人員最近開發(fā)出了可透氣的柔性電子元件，就像人造皮膚一樣，但這些元件仍然會(huì)干擾正常感覺，而且依賴于能源和廢物密集型制造技術(shù)。

三維打印是生物電子學(xué)的另一條潛在途徑，因?yàn)樗绕渌a(chǎn)方法浪費(fèi)更少，但會(huì)產(chǎn)生較厚的裝置，從而干擾正常行為。旋轉(zhuǎn)電子纖維可制造出用戶無法察覺的裝置，但靈敏度和復(fù)雜程度不高，而且很難轉(zhuǎn)移到相關(guān)物體上。

現(xiàn)在，這個(gè)由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種制造高性能生物電子器件的新方法，通過直接在各種生物表面（從指尖到蒲公英蓬松的種子頭）上打印，這些電子器件可以定制。他們的技術(shù)靈感部分來源于蜘蛛，它們用最少的材料創(chuàng)造出適應(yīng)環(huán)境的復(fù)雜而堅(jiān)固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

研究人員用 PEDOT:PSS（一種生物相容性導(dǎo)電聚合物）、透明質(zhì)酸和聚氧化乙烯紡出了生物電子"蜘蛛絲"。這種高性能纖維是在室溫下用水基溶液制成的，因此研究人員能夠控制纖維的"可紡性"。隨后，研究人員設(shè)計(jì)了一種軌道紡絲方法，使纖維能夠變形為生物表面，甚至是指紋等微觀結(jié)構(gòu)。

在人類手指和蒲公英種子頭等表面對(duì)生物電子纖維進(jìn)行的測(cè)試表明，這些纖維具有高質(zhì)量的傳感器性能，同時(shí)還不會(huì)被宿主察覺。

論文第一作者 Andy Wang 說："我們的紡絲方法可以讓生物電子纖維在微觀和宏觀尺度上遵循不同形狀的解剖結(jié)構(gòu)，而無需任何圖像識(shí)別。這為如何制造可持續(xù)電子器件和傳感器開辟了一個(gè)完全不同的角度。這是一種更容易制造大面積傳感器的方法。"

未來方向和商業(yè)化

大多數(shù)高分辨率傳感器都是在工業(yè)潔凈室中制造的，需要在多步驟、高能耗的制造過程中使用有毒化學(xué)品。而劍橋大學(xué)開發(fā)的傳感器可以在任何地方制造，所耗費(fèi)的能源僅為普通傳感器的一小部分。

生物電子纖維可以修復(fù)，在使用壽命結(jié)束后只需簡單清洗即可，產(chǎn)生的廢料不到一毫克：相比之下，一般一次洗衣產(chǎn)生的纖維廢料在 600 至 1500 毫克之間。

"利用我們簡單的制造技術(shù)，我們幾乎可以把傳感器放在任何地方，并在需要的時(shí)候隨時(shí)隨地對(duì)它們進(jìn)行維修，而不需要大型印刷機(jī)或集中的制造設(shè)施，"Huang 說。"這些傳感器可以在需要的地方按需制造，并且產(chǎn)生的廢物和排放物極少。"

研究人員表示，他們的設(shè)備可應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。未來，還可以將其他功能材料融入到這種纖維打印方法中，建立集成纖維傳感器，以增強(qiáng)生命系統(tǒng)的顯示、計(jì)算和能量轉(zhuǎn)換功能。在劍橋大學(xué)商業(yè)化部門"劍橋企業(yè)"的支持下，這項(xiàng)研究正在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。