裸眼看不見的3D列印纖維可測量空氣顆粒等

從研究者劍橋大學已經開發了3D列印微小的，透明的電子纖維的新一代傳感器的方法。這種纖維比人的頭髮細100倍，可用於製造能夠聞，聽和觸摸的設備。研究結果發表在《科學進展》上。

在研究與當前COVID-19大流行特別相關的現象時，報告的第一作者安迪·王（Andy Wang）是劍橋大學工程系的一名博士學位，他試圖測量在正常呼吸，快速呼吸和模擬過程中從面部覆蓋物洩漏的呼吸溼氣量。咳嗽。為此，同樣來自工程系的Yan Yan Shery Huang博士帶領一個團隊進行了3D列印由銀和/或半導體聚合物製成的複合纖維的研究。

該圖演示了銀和PEDOT：PSS的3D列印，以創建人眼看不見的電子纖維。圖片由「科學進步」提供。

研究人員開發的工藝是直接墨水書寫的一種形式，其中將銀或稱為聚（3,4-乙撐二氧噻吩）的聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）的聚合物通過離子槍蝕刻沉積在銅接觸墊上。纖維進入墊。纖維在兩個銅墊之間拉伸，橋接兩個電極。

為了演示應用，該團隊創建了傳感器，用於測量通過面罩洩漏的水分。傳感器能夠確定從織物或手術口罩洩漏的最多的部位是從正面洩漏的，尤其是在咳嗽時，而N95口罩的洩漏最多的部位是從頂部和側面。確定正確佩戴所有面罩有助於減弱呼氣呼吸。

「與傳統的薄膜技術相比，由小型導電纖維製成的傳感器對於3D流體和氣體的體積感測尤其有用，但到目前為止，將它們列印併集成到設備中並大規模製造它們一直是一個挑戰，黃醫生說。「我們的光纖傳感器重量輕，價格便宜，體積小且易於使用，因此有可能將其轉變為家庭測試設備，以使公眾能夠進行自我管理的測試以獲取有關其環境的信息。」

獨特的是，這些傳感器可用於製造非接觸式，可穿戴的可攜式呼吸傳感器，該傳感器可連接至智慧型手機以收集呼吸模式以及聲音和圖像。該技術超出了呼吸傳感器的範圍，該團隊建議，具有與生物細胞相似大小的生物相容性纖維可以使它們引導細胞運動並以電信號的形式實際測量過程。

LED燈從銀色的3D列印網格中懸掛下來。圖片由「科學進步」提供。

由於光纖是如此之小，以至於肉眼無法看到，因此該團隊能夠3D列印光纖，以漂浮在空中漂浮的LED燈。如上圖所示，LED懸掛在由銀纖維製成的透明陣列中。研究人員未來的工作包括用於移動健康監測和生物機器接口的多功能傳感器。

正如我們的電子產品3D列印系列中詳細介紹的那樣，這只是一小部分研究，最終可能會導致在單個構建過程中對完整的功能對象進行3D列印。目前，只有少數商業公司提供此類技術的基礎，包括Optomec。這項研究表明，不僅3D列印這種複雜的設備是可能的，而且還可以通過進一步縮小電子設備的方式推進現有技術。