電子蜘蛛絲無感感應器 可直接列印在人體皮膚

編譯/高晟鈞

研究人員開發了一種自適應、環保的「電子蜘蛛絲」無感感應器,其靈感來自於可以黏附在各種表面上的蜘蛛絲。

科學家開發出電子蜘蛛絲無感感應器,可直接列印在人體皮膚。圖取自TechXplore

電子蜘蛛絲的纖維比人類頭髮小了至少50倍,重量非常輕,甚至可以直接列印在蒲公英蓬鬆的籽頭上,而不破壞其結構。當列印在人體皮膚上時,纖維感應器會貼合皮膚並暴露出汗孔,因此佩戴者不會察覺到它們的存在。電子蜘蛛絲可用於從醫療保健、虛擬實境,再到電子紡織品和環境監測等一系列領域。

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各式電子感應器的瓶頸

儘管人類皮膚非常敏感,但透過電子感應器對其進行增強能夠從根本上改變我們與周圍世界互動的方式。例如,直接列印在皮膚上的感應器可用於持續的健康監測、了解皮膚感覺,甚至優化遊戲或虛擬實境應用中的現實感。

儘管具有嵌入式感測器的可穿戴技術(例如智慧手錶)已廣泛使用,但這些設備依舊存在一系列的缺點,包括:配戴舒適度低、過於顯眼,並且會抑制皮膚的內在感覺。

製造穿戴式感測器的方法有多種,但這些方法都有缺點。例如,柔性電子產品通常印刷在不允許氣體或濕氣通過的塑膠薄膜上,因此使用上就像用塑膠薄膜包裹您的皮膚一樣不舒服。而即使是透氣的柔性電子產品,例如人造皮膚,它們仍然會干擾正常感覺,並且依賴能源和廢物密集製造技術。

3D列印是生物電子學的另一個潛在途徑,因為它比其他生產方法更環保,但會導致設備更厚,從而干擾正常行為。旋轉電子纖維配戴舒適度雖高,但缺乏高度的靈敏度,而且它們很難轉移到相關物體上。

體驗升級

研究人員以PEDOT:PSS(一種生物相容性導電聚合物)、透明質酸和聚環氧乙烷織成了生物電子「蜘蛛絲」。這種高性能纖維是在室溫下由水基溶液生產的,這使得研究人員能夠控制纖維的「可紡性」(玻璃形成熔體穩定拉伸並紡成無缺陷纖維長絲的能力。)。研究人員隨後設計了一種軌道旋轉方法,使纖維能夠變形為活體表面,甚至可以變形為指紋等微觀結構。

電子蜘蛛絲除了提供高品質的感測性能,配戴者甚至無法察覺到它們的存在。此外,電子蜘蛛絲的製程不需要有毒化學品,並且使用的能量僅僅是普通感應器的一小部分。

電子蜘蛛絲也是可修復的,當它們達到使用壽命時可以簡單地沖洗掉,並且產生的廢物不到一毫克。相較之下,典型感測器的單次清洗會產生600至1,500毫克纖維廢棄物。

研究人員表示,他們的設備可用於從健康監測和虛擬實境到精準農業和環境監測等應用。未來,其他功能性材料可以融入這種纖維列印方法中,建構整合式纖維感測器。該研究正在該劍橋企業商業化部門的支持下實現商業化。

資料來源:TechXplore

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