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研究人員開發出了一種制造自適應生態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

這種方法由劍橋大學的研究人員開發，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"還結合了生物電子學，因此可以在"網"上添加不同的傳感功能。

先進的傳感器技術

這種纖維比人的頭發至少小 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，而不會破壞其結構。印在人的皮膚上時，纖維傳感器會緊貼皮膚并暴露出汗孔，因此佩戴者不會察覺到它們的存在。對印制在人體手指上的纖維進行的測試表明，它們可用作連續的健康監測器。

這種低廢物、低排放的生命結構增強方法可用于從醫療保健和虛擬現實到電子紡織品和環境監測等一系列領域。今天（5 月 24 日），《自然電子學》雜志報道了這一研究成果。

研究人員開發出了一種制造自適應生態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，而不會破壞其結構。資料來源：劍橋大學

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方式。例如，直接印在皮膚上的傳感器可用于持續健康監測、了解皮膚感覺，或在游戲或虛擬現實應用中改善"真實"感覺。

可穿戴技術面臨的挑戰

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

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

研究人員開發出了一種制造自適應環保型傳感器的方法，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。當印制在人體皮膚上時，纖維傳感器會緊貼皮膚并暴露出汗孔，因此佩戴者不會察覺到它們的存在。對印制在人類手指上的纖維進行的測試表明，它們可用作連續健康監測器。資料來源：劍橋大學

柔性電子產品的創新

制造可穿戴傳感器有多種方法，但這些方法都有缺點。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，但這些元件仍然會干擾正常感覺，而且依賴于能源和廢物密集型制造技術。

三維打印是生物電子學的另一條潛在途徑，因為它比其他生產方法浪費更少，但會產生較厚的裝置，從而干擾正常行為。旋轉電子纖維可制造出用戶無法察覺的裝置，但靈敏度和復雜程度不高，而且很難轉移到相關物體上。

現在，這個由劍橋大學領導的團隊開發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。他們的技術靈感部分來源于蜘蛛，它們用最少的材料創造出適應環境的復雜而堅固的網狀結構。

研究人員用 PEDOT:PSS（一種生物相容性導電聚合物）、透明質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，研究人員設計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構。

在人類手指和蒲公英種子頭等表面對生物電子纖維進行的測試表明，這些纖維具有高質量的傳感器性能，同時還不會被宿主察覺。

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構，而無需任何圖像識別。這為如何制造可持續電子器件和傳感器開辟了一個完全不同的角度。這是一種更容易制造大面積傳感器的方法。"

未來方向和商業化

大多數高分辨率傳感器都是在工業潔凈室中制造的，需要在多步驟、高能耗的制造過程中使用有毒化學品。而劍橋大學開發的傳感器可以在任何地方制造，所耗費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，在使用壽命結束后只需簡單清洗即可，產生的廢料不到一毫克：相比之下，一般一次洗衣產生的纖維廢料在 600 至 1500 毫克之間。

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

研究人員表示，他們的設備可應用于健康監測、虛擬現實、精準農業和環境監測等領域。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，以增強生命系統的顯示、計算和能量轉換功能。在劍橋大學商業化部門"劍橋企業"的支持下，這項研究正在實現商業化。