Незаметные датчики, изготовленные из «электронного шелка паука», могут быть напечатаны непосредственно на коже человека

Исследователи разработали метод создания адаптивных и экологически чистых датчиков, которые могут быть непосредственно и незаметно напечатаны на широкий спектр биологических поверхностей, будь то палец или лепесток для цветов.Кредит: Кембриджский университет

Исследователи разработали метод создания адаптивных и экологически чистых датчиков, которые могут быть непосредственно и незаметно напечатаны на широкий спектр биологических поверхностей, будь то палец или лепесток для цветов.

Метод, разработанный исследователями из Кембриджского университета, черпает вдохновение из Spider Silk, который может соответствовать и придерживаться ряда поверхностей.Эти «паучьи шелки» также включают биоэлектроника, так что в «Интернете можно добавить различные возможности чувствительности».

Волокна, по крайней мере, в 50 раз меньше, чем человеческие волосы, настолько легкие, что исследователи напечатали их прямо на пушистую часть семян одуванчика, не обрушившись на его структуру.При печати на коже человека датчики волокна соответствуют коже и обнажают поры, поэтому владелец не обнаруживает их присутствие.Испытания волокон, напечатанных на человеческий палец, позволяют предположить, что их можно использовать в качестве непрерывных мониторов здоровья.

Этот метод низкого уровня и низкого уровня для увеличения живых структур может использоваться в ряде областей, от здравоохранения и виртуальной реальности до электронного текстиля и мониторинга окружающей среды.Результаты сообщаются в журнале Nature Electronics.

Хотя человеческая кожа удивительно чувствительна, увеличение ее электронными датчиками может принципиально изменить то, как мы взаимодействуем с окружающим миром.Например, датчики, напечатанные непосредственно на кожу, могут быть использованы для непрерывного мониторинга здоровья, для понимания ощущений кожи или могут улучшить ощущение реальности в приложениях игр или виртуальной реальности.

В то время как носимые технологии со встроенными датчиками, такими как умные часы, широко доступны, эти устройства могут быть неудобными, навязчивыми и могут препятствовать внутренним ощущениям кожи.

«Если вы хотите точно ощутить что -нибудь на биологической поверхности, такой как кожа или лист, раздела между устройством и поверхностью жизненно важна», - сказал профессор Ян Ян Шери Хуанг из Департамента технического инженера Кембриджа, который руководил исследованием.«Мы также хотим, чтобы биоэлектроника, которая полностью незаметна для пользователя, поэтому они никоим образом не мешают тому, как пользователь взаимодействует с миром, и мы хотим, чтобы они были устойчивыми и низкими отходами».

Есть несколько методов создания носимых датчиков, но все они имеют недостатки.Например, гибкая электроника обычно напечатана на пластиковых пленках, которые не позволяют проходить газ или влагу, так что это было бы похоже на завершение вашей кожи в пластиковую пленку.Другие исследователи недавно разработали гибкую электронику, которая проницала газой, как искусственная шкура, но они все еще мешают нормальным ощущениям и зависят от технологий производства, интенсивной энергии и отходов.

3D -печать является еще одним потенциальным путем для биоэлектроники, поскольку она менее расточительна, чем другие методы производства, но приводит к более толстым устройствам, которые могут мешать нормальному поведению.Спиннирующие электронные волокны приводят к устройствам, которые незаметны для пользователя, но без высокой степени чувствительности или изысканности, и их трудно перенести в рассматриваемый объект.

Теперь команда, возглавляемая Кембриджем, разработала новый способ создания высокопроизводительной биоэлектроники, которая может быть настроена на широкий спектр биологических поверхностей, от кончика пальца до пушистой семян одуванчика, печатая их прямо на эту поверхность.Их техника отчасти черпает вдохновение от пауков, которые создают сложные и сильные веб -структуры, адаптированные к окружающей среде, используя минимальный материал.

Исследователи свернули свой биоэлектронный «шелк -паук» от PEDOT: PSS (биосовместимый проводящий полимер), гиалуроновой кислоты и полиэтиленоксида.Высокопроизводительные волокна были получены из водной основы при комнатной температуре, что позволило исследователям контролировать «вращаемость» волокон.Затем исследователи разработали орбитальный прядильный подход, позволяющий волокнам превратиться в живые поверхности, даже вплоть до микроструктур, таких как отпечатки пальцев.

Тесты биоэлектронных волокон, на поверхностях, включая человеческие пальцы и семислоты одуванчика, показали, что они обеспечивали высококачественные датчики, оставаясь незаметным для хозяина.

«Наш прядильный подход позволяет биоэлектронным волокнам следовать анатомии различных форм, как в микро, так и в макроскладе, без необходимости распознавания изображений», - сказал Энди Ван, первый автор статьи.«Это открывает совершенно другой угол с точки зрения того, как может быть сделана устойчивая электроника и датчики. Это гораздо более простой способ производства датчиков большой площади».

Большинство датчиков с высоким разрешением производятся в промышленной чистой комнате и требуют токсичных химических веществ в многоэтапном и энергоемком процессе изготовления.Разработанные Кембриджем датчики могут быть сделаны в любом месте и использовать крошечную долю энергии, которую требуют обычными датчиками.

Биоэлектронные волокна, которые подлежат ремонту, можно просто смыть, когда они достигнут конца своего полезного срока службы, и генерируют менее одного миллиграмма отходов.Для сравнения, типичная единственная нагрузка прачечной производит от 600 до 1500 миллиграммов отходов к волокнам.

«Используя нашу простую технику изготовления, мы можем поставить датчики практически в любом месте и ремонтировать их там, где и когда они нуждаются, без необходимости большой печатной машины или централизованного производственного объекта», - сказал Хуанг.«Эти датчики могут быть сделаны по требованию, где они необходимы, и производить минимальные отходы и выбросы».

Исследователи говорят, что их устройства могут быть использованы в приложениях от мониторинга здоровья и виртуальной реальности до точности сельского хозяйства и мониторинга окружающей среды.В будущем другие функциональные материалы могут быть включены в этот метод оптоволоконной печати для создания интегрированных датчиков волокна для расширения живых систем с помощью функций отображения, вычислений и преобразования энергии.Исследование коммерциализируется при поддержке Cambridge Enterprise, группы коммерциализации университета.

Больше информации: Незаметное увеличение живых систем с помощью органических биоэлектронных волокон, природа электроники (2024).Doi: 10.1038/s41928-024-01174-4.www.nature.com/articles/s41928-024-01174-4 🔗