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宾州州立大学新闻

工程师将可穿戴传感器直接打印在皮肤上而不加热

为了帮助传感器的金属元件粘合,一个国际研究团队将传感器直接印在人体皮肤上

大学公园,爸爸。-可穿戴传感器正从手表和电极发展到可弯曲设备,为用户提供更精确的生物特征测量和舒适度。现在,一个国际研究小组更进一步,他们不使用热量直接在人类皮肤上打印传感器。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学学院多罗西·奎格尔职业发展教授程焕宇(Larry Cheng)领导的研究小组在ACS应用材料和amp上发表了他们的研究结果。接口。

“在这篇文章中,我们报告了一种简单但普遍适用的制造技术,使用一种新型烧结辅助层,使直接打印的身体传感器,”第一作者张玲说,他是中国哈尔滨工业大学研究员,在程的实验室。

Cheng和他的同事之前开发了用于可穿戴传感器的柔性印刷电路板,但是直接在皮肤上印刷受到了传感器中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,皮肤表面不能承受如此高的温度,”程说。“为了克服这个限制,我们提出了一种烧结辅助层——一种不会伤害皮肤的东西,可以帮助材料在更低的温度下烧结在一起。”

通过向混合物中加入纳米粒子,银粒子会在大约100摄氏度的低温下烧结。

“这可以用于在衣服和纸上打印传感器,这很有用,但仍高于我们在皮肤温度下所能承受的温度,”Cheng说,他指出大约104华氏度(40摄氏度)仍可能烧伤皮肤组织。“我们改变了助剂层的配方,改变了印刷材料,发现我们可以在室温下烧结。”

室温烧结辅助层由聚乙烯醇糊(可剥面膜的主要成分)和碳酸钙(包括蛋壳)组成。该层降低了印刷表面的粗糙度,并允许超薄的金属图案层,可以弯曲和折叠,同时保持机电功能。当传感器被打印出来时,研究人员使用吹风机,比如设置为冷却状态的吹风机,来去除墨水中用作溶剂的水分。

“结果是深远的,”程说。“我们不需要依靠加热来烧结。”

程表示,这些传感器能够精确、持续地捕捉温度、湿度、血氧水平和心脏表现信号。研究人员还将身体上的传感器连接到一个具有无线传输能力的网络中,在信号传输过程中监测信号的组合。

程说,这个过程也是环保的。传感器可以在温水中工作几天,但是洗个热水澡就可以很容易地把它洗掉。

“它可以被回收,因为移除不会损坏设备,”程说。而且,重要的是,去除皮肤不会损伤皮肤。这对皮肤敏感的人尤其重要,比如老人和婴儿。这种设备可以在不给使用者或环境带来额外负担的情况下发挥作用。”

接下来,研究人员计划根据需要改变这项技术,使其针对特定应用,例如用于监测与COVID-19相关的特定症状的精确的人体传感器网络。

其他贡献者包括季洪军、谢森培、李耀银、叶子恒、林铁松、刘向丽、冷雪松、李明宇、冯鹏东、张佳恒和马星,他们都是哈尔滨工业大学的学生;来自北京理工大学的黄厚兵和石晓明;和宁毅,宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程学院的教授。

这项工作得到了宾州州立大学、美国国家科学基金会、美国化学学会石油研究基金、深圳市科学技术计划、深圳市工业和信息化局以及中国国家科学基金的支持。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.psu.edu/story/634601/2020/10/08/research/engineers-print-wearable-sensors-directly-skin-without-heat