斯威本大學研究人員開發3D列印生物傳感混合液體RFID標籤

2020-12-16 RFID世界網

澳大利亞斯威本科技大學(Swinburne University of Technology，簡稱SUT)的研究人員開發了一種新型3D列印聚合物——液體混合RFID天線。

該團隊的新傳感設備利用低成本的FDM製造技術，其特點是微流體通道，可以使用不同的離子流體改變其極化。研究人員專門設計了這種標籤用於嵌入式系統中，這可能會成為生物或化學監測應用的理想材料。

SUT團隊的混合RFID標籤具有集成通道的特點，可以在必要時調整其極化

RFID標籤的生物傳感能力

RFID設備使用無線電波通過固體表面識別物理對象，典型的配置包括標籤、閱讀器和一些軟體。這項技術廣泛應用於供應鏈和物流，但也越來越多地被用於監測人體健康。

傳統上，RFID標籤根據其電源分為無源、有源或半有源，但3D列印為生產傳感器帶來了新的方法。特別是，一系列新的無源器件的發展使可穿戴生物傳感器比以前更具可行性。

來自加利福尼亞大學的科學家們開發了一種可食用的RFID膠囊，而義大利比薩聖安娜高等研究大學研究了一種能夠監測人體內部溫度的標籤。基於這些想法，SUT團隊提出了一個理論，即液體混合天線將提供增強的、更可定製的傳感能力。

3D列印微流體傳感器已成為近年來的研究熱點丨圖片來自明尼蘇達大學

微流體RFID設備的研製

為了製造他們的新設備，SUT團隊購買了一個標準的無源RFID標籤，並對其進行了修改，使其僅使用晶片和諧振電路。然後使用Solidworks CAD軟體設計了一種新的液體天線，以微流體通道為特徵，並使用Tractus3D T850系統進行了3D列印。

理論上，用離子液體填充天線的通道可以根據最終用途調整其靈敏度。為了驗證這一假設，研究小組將修改後的天線、晶片及其諧振電路相連，並將其與未修改的RFID標籤進行比較，以評估其性能。

在測試過程中，研究人員的儀器和閱讀器之間的輻射距離每十分鐘測量一次，而閱讀器則會被移動得越來越遠。有趣的是，該團隊的標籤被證明能夠從比聚合物更遠的距離讀取金屬表面，儘管結果並不一致。

研究人員還發現，在設備的通道中注入薄荷油可以創建一個「緩衝區」，最終使研究人員能夠改變其極化。總的來說，這種新型傳感器能夠在900mm以外的最大距離進行測量，並且能夠在- 17dBm的低功率水平下工作。

考慮到系統的通道允許研究小組將其相位響應改變90°，他們認為他們的方法是成功的。他們相信，未來他們設備的可定製特性將允許開發定製標籤，以滿足目標應用的特定需求。

在生物傳感器方面取得的進展

3D列印使集成微流體通道的部件生產成為可能，研究人員越來越多地使用這項技術來創建具有生物傳感能力的「晶片實驗室設備」。

來自美國CCDC士兵中心的科學家開發了3D列印傳感器，可用於監測前線士兵的身體健康。這種球形裝置的特點是微流體通道，也可以檢測紡織品和大氣的惡化。

韓國成均館大學的一個團隊已經有了用於個性化監測應用的3D列印可穿戴醫療生物傳感器。這種靈活、輕便的設備已經證明能夠實時監測病人的身體應變信號。

美國克拉克森大學的研究人員開發了一種定製的生物墨水，使他們能夠創建與皮膚兼容的3D列印生物傳感器。這種新設備可以防止用戶過度暴露在太陽紫外線照射下。

SUT團隊的研究人員在題為「用於生物傳感應用的可3D列印UHF RFID混合液體天線的設計(Design of a 3D-printable UHF RFID hybrid liquid antenna for biosensing applications)」的論文中詳細闡述了他們的發現。該論文是由Metin Pekgor、Mostafa Nikzad、Reza Arablouei和Syed Masood共同撰寫的。

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