Инженеры напечатали носимые датчики прямо на коже без нагрева

Носимые датчики превращаются из часов и электродов в гибкие устройства, которые обеспечивают гораздо более точные биометрические измерения и удобство для пользователей.

Теперь международная группа исследователей сделала еще один шаг вперед в эволюции, напечатав датчики непосредственно на коже человека без использования тепла.

Под руководством Ларри Ченга, профессора из Департамента инженерных наук и механики штата Пенсильвания, команда опубликовала свои результаты в журнале ACS Applied Materials & Interfaces .

«В этой статье мы сообщаем о простой, но универсально применимой технологии изготовления с использованием нового слоя, способствующего спеканию, чтобы обеспечить прямую печать для датчиков на теле» , — сказал Лин Чжан, исследователь из Харбинского технологического института в Китае. и в лаборатории Ченга.

Ченг и его коллеги ранее разработали гибкие печатные платы для использования в носимых датчиках , но печать непосредственно на коже затруднена из-за процесса соединения металлических компонентов датчика. Этот процесс, называемый спеканием, обычно требует температуры около 300 градусов по Цельсию, чтобы связать наночастицы серебра датчика вместе.

«Очевидно, что поверхность кожи не выдерживает такой высокой температуры», — сказал Ченг. «Чтобы обойти это ограничение, мы предложили вспомогательный слой для спекания — то, что не повреждает кожу и может способствовать спеканию материала при более низкой температуре».

При добавлении наночастиц к смеси частицы серебра спекаются при более низкой температуре, примерно 100 C.

«Это можно использовать для печати датчиков на одежде и бумаге, что полезно, но это все еще выше, чем мы можем выдержать кожей», — сказал Ченг, отметив, что около 40 C — все еще может вызвать ожог кожной ткани.

«Мы изменили формулу вспомогательного слоя, изменили печатный материал и обнаружили, что можем спекать при комнатной температуре».

Слой, способствующий спеканию при комнатной температуре, состоит из пасты из поливинилового спирта — основного ингредиента снимаемых масок для лица — и карбоната кальция, который содержит яичную скорлупу.

Этот слой уменьшает шероховатость поверхности печати и позволяет создавать ультратонкий слой металлических рисунков, которые могут сгибаться и складываться, сохраняя при этом электромеханические возможности. Когда датчик напечатан, исследователи используют воздуходувку, такую как фен, установленный на охлаждение, для удаления воды, которая используется в качестве растворителя в чернилах.

«Результат впечатляет», — сказал Ченг. «Нам не нужно полагаться на тепло для спекания».

По словам Ченга, датчики способны точно и непрерывно регистрировать температуру , влажность, уровень кислорода в крови и сигналы сердечной деятельности. Исследователи также соединили датчики на теле в сеть с возможностью беспроводной передачи, чтобы отслеживать комбинацию сигналов по мере их прохождения.

По словам Чэна, этот процесс также является экологически чистым. Датчик остается прочным в прохладной воде в течение нескольких дней, но горячий душ легко его снимет.

«Его можно переработать», — сказал Ченг. «И, что немаловажно, удаление также не повреждает кожу. Это особенно важно для людей с чувствительной кожей , таких как пожилые люди и младенцы. Устройство может быть полезным, не создавая дополнительной нагрузки для человека, использующего его, или для окружающей среды».

Затем исследователи планируют изменить технологию для конкретных приложений по мере необходимости, таких как точная сеть датчиков на теле, размещенная для отслеживания конкретных симптомов, связанных с COVID-19.