一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，新的電路可以直接印在人體皮膚上，以幫助監(jiān)測(cè)生命體征。

可穿戴電子產(chǎn)品正變得越來越舒適和強(qiáng)大。這類設(shè)備發(fā)展的下一步可能包括將電子產(chǎn)品直接印在皮膚上，以便更好地監(jiān)測(cè)和與人體的接觸。

科學(xué)家們打算利用一種燒結(jié)的方法，即利用熱熔合金屬納米粒子，直接在皮膚、織物或紙張上制造電路。然而，對(duì)于人體皮膚來說，燒結(jié)通常需要太高的熱量。其他將金屬納米粒子熔合到電路中的技術(shù)，如激光、微波、化學(xué)藥品或高壓，對(duì)皮膚也同樣危險(xiǎn)。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員開發(fā)了一種在室溫下燒結(jié)銀納米粒子的方法。這一進(jìn)展背后的關(guān)鍵是所謂的燒結(jié)輔助層，由可生物降解的聚合物糊和添加劑如二氧化鈦或碳酸鈣組成。

燒結(jié)輔助層中的正電荷中和了銀納米粒子可能從墨水中的其他化合物積聚的負(fù)電荷。這項(xiàng)研究的資深作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)的機(jī)械工程師Huanyu Cheng表示，這意味著印刷在燒結(jié)輔助層上的銀納米粒子聚集在一起所需的能量更少。

燒結(jié)輔助層也為印刷在其上的電路創(chuàng)造了一個(gè)光滑的基底。這反過來提高了這些電路在彎曲、折疊、扭曲和起皺時(shí)的性能。

在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們把銀納米顆粒電路設(shè)計(jì)和燒結(jié)輔助層放在一個(gè)木制圖章上，然后壓在人的手背上。接下來，他們用一個(gè)吹風(fēng)機(jī)來冷卻墨水中的溶劑。洗個(gè)熱水澡就可以很容易地去除掉這些回路，而無需擔(dān)心損傷皮膚底層。

電路燒結(jié)后，他們可以幫助研究人員測(cè)量體溫、皮膚濕度、血氧、心率、呼吸頻率、血壓和身體電信號(hào)，如心電圖（ECG或EKG）讀數(shù)。Cheng說，這些傳感器的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的商業(yè)傳感器相比，甚至更好，這些傳感器只是貼在皮膚上。

科學(xué)家們還利用這項(xiàng)新技術(shù)在一張紙卡上制造了柔性電路，并在其上添加了一塊現(xiàn)成的商用芯片，以實(shí)現(xiàn)無線連接。他們將這種柔性的紙基電路板貼在襯衫袖子的內(nèi)側(cè)，并顯示它可以收集和傳輸打印在皮膚上的傳感器的數(shù)據(jù)。

“通過使用一種新型的燒結(jié)輔助層，我們的方法可以使金屬納米粒子在低溫甚至室溫下燒結(jié)，而其他方法的燒結(jié)溫度只有幾百攝氏度，”Cheng說，“這些皮膚印刷的傳感器與其他擴(kuò)展模塊相比，具有更高的信號(hào)質(zhì)量和更好的性能，為健康監(jiān)測(cè)提供了一系列可穿戴電子產(chǎn)品。”

Cheng說，科學(xué)家們現(xiàn)在對(duì)將這些傳感器應(yīng)用于心肺疾病的診斷和治療很感興趣，這些疾病包括COVID-19、肺炎和纖維化肺病。這種傳感技術(shù)還可用于跟蹤和監(jiān)測(cè)海洋哺乳動(dòng)物。

科學(xué)家們?cè)?月11日的ACS Applied Materials & Interfaces雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：把這些電路直接印在皮膚上？工程師可直接在皮膚上打印可穿戴式傳感器

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