研究人员开发了一种制造自适应和环保传感器的方法，这些传感器可以直接且不知不觉地打印到各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。
该方法由剑桥大学的研究人员开发，其灵感来自蜘蛛丝，蜘蛛丝可以贴合并粘附在一系列表面上。这些“蜘蛛丝”还结合了生物电子学，因此可以将不同的传感能力添加到“网络”中。
这些纤维至少比人类头发小50倍，非常轻巧，研究人员将它们直接打印在蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。当印在人体皮肤上时，纤维传感器会贴合皮肤并暴露汗毛孔，因此佩戴者不会检测到它们的存在。对印在人手指上的纤维的测试表明，它们可以用作连续健康监测器。
这种用于增强生命结构的低浪费和低排放方法可用于一系列领域，从医疗保健和虚拟现实到电子纺织品和环境监测。研究结果发表在《自然电子学》杂志上。
尽管人类的皮肤非常敏感，但用电子传感器增强它可以从根本上改变我们与周围世界的互动方式。例如，直接印在皮肤上的传感器可用于持续健康监测，了解皮肤感觉，或者可以改善游戏或虚拟现实应用中的“现实”感觉。
虽然带有嵌入式传感器的可穿戴技术（如智能手表）广泛使用，但这些设备可能不舒服、突兀，并可能抑制皮肤的内在感觉。
“如果你想准确地感知生物表面的任何东西，如皮肤或树叶，设备和表面之间的界面至关重要，”领导这项研究的剑桥大学工程系的Yan Yan Shery Huang教授说。“我们还希望生物电子学对用户来说是完全察觉不到的，因此它们不会以任何方式干扰用户与世界的互动方式，我们希望它们是可持续的和低浪费的。
制造可穿戴传感器的方法有多种，但都有缺点。例如，柔性电子产品通常印在不允许气体或湿气通过的塑料薄膜上，因此就像用保鲜膜包裹皮肤一样。其他研究人员最近开发了可透气的柔性电子产品，如人造皮肤，但这些电子产品仍然会干扰正常的感觉，并且依赖于能源和废物密集型制造技术。
3D打印是生物电子学的另一条潜在途径，因为它比其他生产方法浪费更少，但会导致更厚的设备干扰正常行为。纺丝电子纤维产生的设备对用户来说是难以察觉的，但灵敏度或复杂度不高，并且很难转移到相关物体上。
现在，剑桥领导的团队已经开发出一种制造高性能生物电子学的新方法，可以通过将它们直接打印到蒲公英的表面来定制各种生物表面，从指尖到蓬松的种子。他们的技术部分灵感来自蜘蛛，蜘蛛使用最少的材料创造出适应环境的复杂而坚固的网状结构。
研究人员从PEDOT：PSS（一种生物相容性导电聚合物）、透明质酸和聚环氧乙烷中纺出他们的生物电子“蜘蛛丝”。高性能纤维是在室温下由水基溶液生产的，这使研究人员能够控制纤维的“可纺性”。然后，研究人员设计了一种轨道纺纱方法，使纤维能够变形为活体表面，甚至变形为指纹等微观结构。
在包括人类手指和蒲公英种子头在内的表面上对生物电子纤维进行的测试表明，它们提供了高质量的传感器性能，同时对宿主来说是察觉不到的。
“我们的纺丝方法允许生物电子纤维在微观和宏观尺度上遵循不同形状的解剖结构，而无需任何图像识别，”该论文的第一作者Andy Wang说。“它为如何制造可持续电子产品和传感器开辟了一个完全不同的角度。这是生产大面积传感器的一种简单得多的方法。
大多数高分辨率传感器都是在工业洁净室中制造的，需要在多步骤和能源密集型制造过程中使用有毒化学品。剑桥开发的传感器可以在任何地方制造，并且使用普通传感器所需能量的一小部分。
生物电子纤维是可修复的，当它们达到其使用寿命时，可以简单地被冲走，并且产生的废物不到一毫克：相比之下，典型的单次衣物会产生600至1500毫克的纤维废物。
“使用我们简单的制造技术，我们几乎可以将传感器放置在任何地方，并在需要的地方和时间进行维修，而无需大型印刷机或集中制造设施，”黄说。“这些传感器可以按需制造，就在需要的地方，并产生最小的浪费和排放。”
研究人员表示，他们的设备可用于从健康监测和虚拟现实到精准农业和环境监测的应用。将来，其他功能材料可以被纳入这种纤维打印方法中，以构建集成的光纤传感器，以增强具有显示、计算和能量转换功能的生命系统。该研究正在剑桥大学的商业化部门剑桥企业的支持下进行商业化。
该研究得到了欧洲研究委员会，惠康，皇家学会以及英国研究与创新（UKRI）下属的生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）的部分支持。
