受蜘蛛丝启发的隐形、环保皮肤贴装传感器
Andrew Corselli
打印在人类手指上的传感器。（图片：Huang Lab, Cambridge）
研究人员开发出一种方法，制造自适应、环保的传感器，可直接、难以察觉地打印在广泛生物表面上，无论是手指还是花瓣。
该方法由剑桥大学研究人员开发，灵感源于蜘蛛丝，其能贴合并粘附于各种表面。这些“蜘蛛丝”还融合生物电子学，使不同感知能力可添加到“网”中。
“最大挑战之一是跳出现有制造方法，想出旋转机制生产纤维传感器，”研究负责人、教授 Yan Yan Shery Huang 在接受 Tech Briefs 独家采访时表示。
纤维直径至少比人类头发细 50 倍，极轻，研究人员直接打印在蒲公英蓬松种子头上而不塌陷其结构。打印在人类皮肤上时，纤维传感器贴合皮肤并暴露汗孔，佩戴者感觉不到其存在。打印在人类手指上的测试表明可用作持续健康监测器。
“最初想法受电子皮肤和蜘蛛丝结合启发，”Huang 补充。
这种低废料、低排放增强活体结构的方法可用于医疗、虚拟现实、电子纺织品、环境监测等领域。结果发表于《Nature Electronics》。
“首先制备含导电颗粒、透明质酸、聚合物粘合剂的水溶液，”Huang 解释工艺。“溶液注入注射器尖端，形成微小悬滴。旋转臂接触悬滴，将其拉伸成传感纤维。”
尽管人类皮肤极其敏感，但用电子传感器增强它可能从根本改变我们与世界互动方式。例如，直接打印在皮肤上的传感器可用于持续健康监测、理解皮肤感觉，或改善游戏或虚拟现实应用中“真实感”。
虽然嵌入传感器的可穿戴技术（如智能手表）广泛可用，但这些设备可能不适、显眼，并抑制皮肤内在感觉。
制造可穿戴传感器有多种方法，但都有缺点。柔性电子通常印刷在塑料薄膜上，不透气不透湿，如同用保鲜膜裹住皮肤。其他研究者近期开发透气柔性电子（如人工皮肤），但仍干扰正常感觉，且依赖高能耗、高废料制造技术。
3D 打印是生物电子学另一潜在途径，因比其他生产方法少废料，但导致设备较厚，干扰正常行为。纺丝电子纤维产生用户无感设备，但灵敏度或复杂度不高，且难以转移到目标物体上。
现在，剑桥主导团队开发新方法制造高性能生物电子学，可定制广泛生物表面——从指尖到蒲公英种子头——通过直接打印在该表面上。其技术部分灵感来自蜘蛛，它们用极少材料创造适应环境的复杂坚固网结构。
研究人员用 PEDOT:PSS（生物相容导电聚合物）、透明质酸、聚乙烯氧化物纺制生物电子“蜘蛛丝”。高性能纤维由水基溶液在室温下生产，使研究人员能控制纤维“可纺性”。研究人员设计轨道纺丝法，让纤维适应活体表面，甚至微观结构如指纹。
在人类手指和蒲公英种子头等表面测试生物电子纤维显示：它们提供高质量传感器性能，同时对宿主不可察觉。
“下一步是建立基于应用的场景，确定传感器系统哪部分应用不可察觉纤维，其余可用现有微制造设备/电子纺织品，”Huang 指出。
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