劍橋大學的研究人員受蜘蛛絲的啟發，開發了輕巧、環保的感測器，可與生物表面無縫結合，在健康監測和虛擬實境領域有多種應用。科學家們開發出了一種製造自適應生態友善感測器的方法，這種感測器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。

研究人員開發出了一種製造自適應生態友善感測器的方法，這種感測器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。資料來源：劍橋大學

這種方法由劍橋大學的研究人員開發，其靈感來自蜘蛛絲，蜘蛛絲可以黏附在各種表面上。這些”蜘蛛絲”也結合了生物電子學，因此可以在”網”上添加不同的感測功能。

先進的感測器技術

這種纖維比人類的頭髮至少小50 倍，重量非常輕，研究人員直接將其印在蒲公英蓬鬆的種子頭上，而不會破壞其結構。印在人的皮膚上時，纖維感應器會緊貼皮膚並暴露出汗孔，因此佩戴者不會察覺到它們的存在。對印製在人體手指上的纖維進行的測試表明，它們可用作連續的健康監測器。

這種低廢棄物、低排放的生命結構增強方法可用於從醫療保健和虛擬實境到電子紡織品和環境監測等一系列領域。今天（5 月24 日），《自然電子學》雜誌報導了這項研究成果。

研究人員開發出了一種製造自適應生態友善感測器的方法，這種感測器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。這種比人類頭髮至少小50 倍的纖維非常輕巧，研究人員可以直接將其印製到蒲公英蓬鬆的種子頭上，而不會破壞其結構。資料來源：劍橋大學

雖然人體皮膚非常敏感，但在皮膚上增加電子感測器可以從根本上改變我們與周圍世界的互動方式。例如，直接印在皮膚上的感應器可用於持續健康監測、了解皮膚感覺，或在遊戲或虛擬實境應用中改善”真實”感覺。

穿戴式科技面臨的挑戰

雖然嵌入感測器的可穿戴技術（如智慧手錶）已廣泛普及，但這些設備可能會讓人感到不舒服和礙眼。它們也會抑制皮膚的內在感覺。

「如果你想準確地感知皮膚或樹葉等生物表面上的任何東西，那麼設備與表面之間的接口就至關重要，”領導這項研究的劍橋大學工程系教授黃艷艷（Yan Yan Shery Huang）說。 “我們也希望生物電子元件對使用者來說是完全不可感知的，這樣它們就不會以任何方式乾擾使用者與世界的互動方式，而且我們希望它們是可持續的、低廢料的。”

研究人員開發出了一種製造自適應環保感測器的方法，這種感測器可以直接且不易察覺地印在各種生物表面上，無論是手指還是花瓣。當印製在人體皮膚上時，纖維感應器會緊貼皮膚並暴露出汗孔，因此佩戴者不會察覺到它們的存在。對印製在人類手指上的纖維進行的測試表明，它們可用作連續健康監測器。資料來源：劍橋大學

柔性電子產品的創新

製造穿戴式感測器有多種方法，但這些方法都有缺點。例如，柔性電子元件通常印在塑膠薄膜上，不允許氣體或濕氣通過，因此就像用保鮮膜包裹皮膚一樣。其他研究人員最近開發出了可透氣的柔性電子元件，就像人造皮膚一樣，但這些元件仍然會幹擾正常感覺，而且依賴能源和廢物密集型製造技術。

三維列印是生物電子學的另一個潛在途徑，因為它比其他生產方法浪費更少，但會產生較厚的裝置，從而乾擾正常行為。旋轉電子纖維可製造出使用者無法察覺的裝置，但靈敏度和複雜程度不高，而且很難轉移到相關物體上。

現在，這個由劍橋大學領導的團隊開發出了一種製造高性能生物電子器件的新方法，透過直接在各種生物表面（從指尖到蒲公英蓬鬆的種子頭）上列印，這些電子裝置可以客製化。他們的技術靈感部分來自蜘蛛，它們用最少的材料創造出適應環境的複雜而堅固的網狀結構。

研究人員用PEDOT:PSS（一種生物相容性導電聚合物）、透明質酸和聚氧化乙烯紡出了生物電子”蜘蛛絲”。這種高性能纖維是在室溫下用水基溶液製成的，因此研究人員能夠控制纖維的”可紡性”。隨後，研究人員設計了一種軌道紡絲方法，使纖維能夠變形為生物表面，甚至是指紋等微觀結構。

在人類手指和蒲公英種子頭等表面對生物電子纖維進行的測試表明，這些纖維具有高品質的感測器性能，同時還不會被宿主察覺。

論文第一作者Andy Wang 說：”我們的紡絲方法可以讓生物電子纖維在微觀和宏觀尺度上遵循不同形狀的解剖結構，而無需任何圖像識別。這為如何製造可持續電子裝置和感測器開闢了一個完全不同的角度。

未來方向和商業化

大多數高解析度感測器都是在工業潔淨室中製造的，需要在多步驟、高能耗的製造過程中使用有毒化學物質。而劍橋大學開發的感測器可以在任何地方製造，所耗費的能源僅為普通感測器的一小部分。

生物電子纖維可以修復，在使用壽命結束後只需簡單清洗即可，產生的廢料不到一毫克：相較之下，一般一次洗衣產生的纖維廢料在600 至1500 毫克之間。

“利用我們簡單的製造技術，我們幾乎可以把感測器放在任何地方，並在需要的時候隨時隨地對它們進行維修，而不需要大型印刷機或集中的製造設施，”Huang 說。 “這些感測器可以在需要的地方按需製造，並且產生的廢物和排放物極少。”

研究人員表示，他們的設備可應用於健康監測、虛擬實境、精準農業和環境監測等領域。未來，還可以將其他功能性材料融入這種纖維列印方法中，建立整合式纖維感測器，以增強生命系統的顯示、計算和能量轉換功能。在劍橋大學商業化部門”劍橋企業”的支持下，這項研究正在商業化。

編譯來源：ScitechDaily