一個國際研究團隊通過一個新穎的層來幫助傳感器的金屬成分結合，從而將傳感器打印在人體皮膚上。

　　可穿戴式傳感器正在從手表和電極演變為可彎曲的設備，為用戶提供更精確的生物識別測量和舒適度。現在，一個國際研究團隊將進化又向前推進了一步，他們將傳感器直接打印在人體皮膚上，而不需要使用熱量。

　　在賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學系教授Cheng的帶領下，該團隊在ACS Applied Materials & Interfaces上發表了他們的成果。

　　“在這篇文章中，我們報告了一種簡單而又普遍適用的制造技術，使用新型燒結輔助層，實現了對體上傳感器的直接打印。”第一作者、中國哈爾濱工業大學研究員張玲（Ling Zhang）在Cheng的實驗室中說道。

　　Cheng和他的同事們之前開發了用于可穿戴傳感器的柔性印刷電路板，但直接在皮膚上印刷一直受到傳感器中金屬元件的粘合工藝的阻礙。這個過程被稱為燒結，通常需要華氏572度左右的溫度--300攝氏度，才能將傳感器中的銀納米顆粒粘合在一起。

　　“顯然，皮膚表面無法承受如此高的溫度，”Cheng說。“為了繞過這個限制，我們提出了一個燒結輔助層--不會傷害皮膚的東西，可以幫助材料在較低的溫度下燒結在一起。”

　　通過在混合物中加入納米粒子，銀粒子在較低的溫度下燒結，溫度約為212華氏度（100攝氏度）。

　　“這可以用來在衣服和紙張上打印傳感器，這是有用的，但它仍然高于我們可以忍受的皮膚溫度，”Cheng說，他指出，大約104華氏度 - 40 C - 仍然可以燃燒皮膚組織。“我們改變了輔助層的配方，改變了印刷材料，發現我們可以在室溫下燒結。”

　　室溫燒結輔助層由聚乙烯醇漿料--可剝離面膜的主要成分--和碳酸鈣--組成蛋殼。該層減少了印刷表面的粗糙度，并允許金屬圖案的超薄層，可以彎曲和折疊，同時保持機電能力。當傳感器被打印出來后，研究人員使用空氣鼓風機，例如設置在冷卻狀態下的吹風機，以去除墨水中作為溶劑的水。

　　“這個結果是深刻的，”Cheng說。“我們不需要依靠熱量來燒結。”

　　據Cheng介紹，這些傳感器能夠精確、連續地捕捉溫度、濕度、血氧水平和心臟性能信號。研究人員還將身上的傳感器連接到一個具有無線傳輸功能的網絡中，以監測信號的組合進度。這個過程也是環保的。傳感器在溫水中可以保持幾天的健壯性，但熱水淋浴會很容易將其移除。

　　“它可以被回收，因為移除不會損壞設備，”Cheng說。“而且，重要的是，移除也不會損壞皮膚。這對于皮膚敏感的人來說尤其重要，比如老人和嬰兒。該設備可以在不對使用它的人或環境造成額外負擔的情況下發揮作用。”

　　下一步，研究人員計劃根據需要改變該技術以針對特定的應用，比如放置一個精確的體表傳感器網絡，以監測與COVID-19相關的特殊癥狀。

　　其他貢獻者包括紀紅軍、謝森培、李耀銀、葉子恒、林鐵松、劉向利、冷雪松、李明宇、馮鵬東、張嘉恒和馬星，他們都隸屬于哈爾濱工業大學；黃厚兵和史曉明都隸屬于北京工業大學；寧毅隸屬于賓州大學材料科學與工程系。

　　這項工作得到了賓州大學、國家科學基金、美國化學會石油研究基金、深圳市科技計劃、深圳市工業和信息化局和國家科學基金的支持。