工程师在不加热的情况下直接将可穿戴传感器打印在皮肤上

可穿戴传感器正从手表和电极演变为可弯曲设备,为用户提供更精确的生物测量和舒适度。现在,一个国际研究小组在不使用热量的情况下将传感器直接打印在人类皮肤上,使这一进化又向前迈进了一步。

在宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系的职业发展教授Huanyu " Larry " Cheng的带领下,vwin手机版该团队发表了他们的研究结果德赢手机版ACS应用材料和接口

“在这篇文章中,我们报道了一种简单但普遍适用的制造技术,它使用了一种新型烧结辅助层,可以直接打印身体上的传感器,”第一作者张玲(音)说,她是中国哈尔滨工业大学的研究员,也是Cheng实验室的研究员。

程和他的同事之前开发的vwin手机版用于可穿戴传感器的柔性印刷电路板,但直接在皮肤上印刷一直受到传感器金属元件粘接过程的阻碍。这一过程被称为烧结,通常需要572华氏度(300摄氏度)左右的温度才能将传感器的银纳米颗粒粘合在一起。

“显然,皮肤表面无法承受如此高的温度,”程说。“为了绕过这个限制,我们提出了烧结辅助层——一种不会伤害皮肤的东西,可以帮助材料在较低的温度下烧结在一起。”

通过在混合物中加入纳米粒子,银粒子在约212华氏度(100摄氏度)的低温下烧结。

“这可以用于在衣服和纸张上打印传感器,这是有用的,但它仍然高于我们在皮肤温度下所能承受的水平,”程说,他指出,大约104华氏度(40摄氏度)仍可能烧伤皮肤组织。“我们改变了辅助层的配方,改变了印刷材料,发现我们可以在室温下烧结。”

常温烧结辅助层由聚乙烯醇糊(可剥面罩的主要成分)和碳酸钙(由蛋壳组成)组成。该层降低了印刷表面的粗糙度,并允许超薄层的金属图案,可以弯曲和折叠,同时保持机电能力。当传感器打印出来后,研究人员使用吹风机,比如设置为冷却的吹风机,来去除墨水中作为溶剂的水。

“结果是深远的,”程说。“我们不需要依靠热来烧结。”

Cheng表示,这些传感器能够精确、连续地捕捉温度、湿度、血氧水平和心脏表现信号。研究人员还将身上的传感器连接到一个具有无线传输能力的网络中,以监测他们前进过程中的信号组合。

程说,这个过程也是环保的。传感器在温水中可以保持牢固几天,但只要洗个热水澡就可以很容易地把它洗掉。

“它可以回收,因为移除不会损坏设备,”程说。“而且,重要的是,移除也不会损伤皮肤。这对敏感皮肤的人尤其重要,比如老年人和婴儿。这种设备可以很有用,而不会给使用者或环境带来额外负担。”

接下来,研究人员计划根据需要改变这项技术,以针对特定应用,比如一个精确的身体传感器网络,用于监测与COVID-19相关的特定症状。

其他作者包括:季洪军、谢森培、李耀银、叶子恒、林铁松、刘湘丽、冷雪松、李明宇、冯鹏东、张家恒、马兴,均为哈尔滨工业大学附校;黄厚兵和石晓明,均就职于北京理工大学;以及来自宾州材料科学与工程系的宁毅。德赢手机版

宾州州立大学,国家自然科学基金,美国化学学会石油研究基金,深圳市科技计划项目,深圳市工业和信息化局,国家德赢手机版自然科学基金资助。关键词:岩石力学,岩石力学,数值模拟,数值模拟



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