Носимые биометрические датчики начинают превращаться из часов и электродов в гибкие устройства, которые обеспечивают гораздо более точные биометрические измерения и удобство для пользователей. Теперь международная группа исследователей сделала еще один шаг вперед в эволюции, напечатав датчики прямо на коже человека без использования тепла.
Исследование проводилось под руководством Хуанью «Ларри» Ченга, профессора по развитию карьеры Дороти Квиггл из Департамента инженерных наук и механики штата Пенсильвания, команда опубликовала свои результаты в журнале ACS Applied Materials & Interfaces .
«В этой статье мы сообщаем о простой, но универсальной технологии изготовления датчика, с использованием нового слоя, способствующего спеканию, что обеспечивает прямую печать датчиков на теле», — сказал первый автор Лин Чжан, исследователь из Харбинского технологического института в Китае.
Ученый и его коллеги ранее разработали гибкие печатные платы для использования в носимых датчиках, но печать непосредственно на коже была невозможна из-за процесса соединения металлических компонентов датчика. Этот процесс, называемый спеканием, обычно требует температуры около 572 градусов по Фаренгейту (300 градусов по Цельсию), чтобы связать наночастицы серебра датчика вместе.
«Очевидно, что поверхность кожи не выдержит такой высокой температуры», — сказал Ченг. «Чтобы обойти это ограничение, мы предложили вспомогательный слой для спекания — то, что не повредит кожу и может способствовать спеканию материала при более низкой температуре».
При добавлении наночастиц в смесь, частицы серебра спекаются при более низкой температуре, примерно 212 F (100 C).
«Это можно использовать для печати датчиков на одежде и бумаге, и может уже применяться, но для человеческой кожи все равно очень горячо», — сказал Ченг, отметив, что около 104 F (40 C) все еще может вызвать ожог кожной ткани. «Мы изменили формулу вспомогательного слоя, изменили печатный материал и обнаружили, что можем спекать при комнатной температуре».
Слой для спекания при комнатной температуре состоит из пасты из поливинилового спирта — основного ингредиента отслаивающихся масок для лица и карбоната кальция, который содержится в яичной скорлупе. Этот слой уменьшает шероховатость печатной поверхности и позволяет создавать ультратонкий слой металлических рисунков, которые могут сгибаться и складываться, сохраняя при этом электромеханические возможности. Когда датчик напечатан, исследователи используют воздуходувку, такую как фен, установленный на холод, для удаления воды, которая используется в качестве растворителя в чернилах.
По словам Ченга, датчики способны точно и непрерывно регистрировать температуру, влажность, уровень кислорода в крови и сигналы сердечной деятельности. Исследователи также связали датчики на теле в сеть с возможностью беспроводной передачи, чтобы отслеживать комбинацию сигналов по мере их прохождения.
По словам Ченг, этот процесс также является экологически чистым. Датчик остается прочным в прохладной воде в течение нескольких дней, но горячий душ легко его смоет.
«Его можно переработать, поскольку удаление не повредит устройство», — сказал Ченг. «И, что немаловажно, удаление также не повреждает кожу. Это особенно важно для людей с чувствительной кожей, таких как пожилые люди и дети. Устройство может быть полезным, не создавая дополнительной нагрузки для человека, использующего его, или для окружающей среды».
