工程师将可穿戴传感器直接打印在皮肤上，无需加热

可穿戴传感器正在从手表和电极演变为可弯曲设备，为用户提供更精确的生物测量和舒适度。现在，由宾夕法尼亚州立大学的Huanyu“Larry”Cheng领导的一个国际研究团队将这种进化又向前推进了一步，他们直接在人体皮肤上打印传感器，而不使用热量。

程和他的同事之前开发的用于可穿戴传感器的柔性印刷电路板，但直接在皮肤上印刷受到传感器中金属组件的粘合过程的阻碍。这一过程被称为烧结，通常需要约572°F(300°C)的温度将传感器的银纳米颗粒粘结在一起。

“很明显，皮肤表面无法承受如此高的温度，”程说。“为了克服这一限制，我们提出了一种烧结辅助层，它不会伤害皮肤，并且可以帮助材料在较低的温度下烧结在一起。”

通过向混合物中添加纳米颗粒，银颗粒在约212°F(100°C)的较低温度下烧结。

Cheng说:“这可以用来在衣服和纸上打印传感器，这很有用，但它仍然高于我们在皮肤温度下所能承受的温度。”他指出，大约104华氏度(40摄氏度)仍然会灼伤皮肤组织。“我们改变了助剂层的配方，改变了印刷材料，发现我们可以在室温下烧结。”

常温烧结辅助层由聚乙烯醇膏(可剥口罩的主要成分)和碳酸钙(由蛋壳组成)组成。该层降低了打印表面的粗糙度，并允许超薄层的金属图案，可以弯曲和折叠，同时保持机电功能。当传感器打印时，研究人员使用鼓风机，如设置为冷却状态的吹风机，以去除墨水中作为溶剂的水。

“结果是深远的，”程说。“我们不需要依靠加热来烧结。”

Cheng表示，这些传感器能够精确连续地捕捉温度、湿度、血氧水平和心脏功能信号。研究人员还将身体上的传感器连接到一个具有无线传输能力的网络中，以监测信号的组合。

程说，这个过程也是环保的。传感器在温水中可以保持几天的坚固性，但热水澡可以很容易地将其去除。

“它可以回收，因为移除不会损坏设备，”程说。“而且重要的是，去除也不会损伤皮肤。这对皮肤敏感的人尤其重要，比如老人和婴儿。这种设备可以在不给使用者或环境带来额外负担的情况下发挥作用。”

接下来，研究人员计划根据需要改变技术，以针对特定应用，例如放置一个精确的身体传感器网络来监测与COVID-19相关的特定症状。

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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