劍橋大學(xué)黃艷燕團(tuán)隊聯(lián)合發(fā)明3D打印微納米纖維傳感器

來源：DeepTech深科技

來自云南大理的26 歲白族留學(xué)生王文宇，和課題組提出一種打印導(dǎo)電性極好的超細(xì)纖維的首創(chuàng)新方法，是一種微納米導(dǎo)電纖維的3D打印技術(shù)。論文于 9 月 30 日以《面向平面和3D光電和傳感器件的纖維打印》為題發(fā)表在 Science Advances 上。

圖 | 王文宇（來源：受訪者）

比頭發(fā)細(xì)一百倍、和銅絲一樣導(dǎo)電的微納米纖維
微納米導(dǎo)電纖維具有較高的長徑比、極低的彎曲剛度和高透明度。假如把微納米導(dǎo)電纖維組裝為3D結(jié)構(gòu)，就能開發(fā)出新型透明透氣的柔性電子器件，其可以用于健康監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)和生物電子傳感器等。

圖 | 懸浮纖維結(jié)構(gòu)的 IFP 制備

基于上述思路，該團(tuán)隊歷時四年進(jìn)行研發(fā)，并將成果展示在本次論文中：一種通過同心噴頭、來快速精確且靈活地打印懸空微納米纖維的新方法。

該研究團(tuán)隊展示了利用銀納米顆粒或者有機(jī)導(dǎo)電高分子材料組成的多材料微納米纖維陣列。相比傳統(tǒng)纖維制造工藝，該工藝具有更好的普適性，能夠打印不同材料組成的微納米纖維，同時，能打印出懸空的微納米纖維網(wǎng)。

本次研究還首次提出一種新方法，即采用一步到位的方法來將打印出來的微納米導(dǎo)電纖維直接集成到電路上，從而減少了傳統(tǒng)導(dǎo)電纖維制備工藝中不可避免的復(fù)雜后處理。基于此，王文宇和團(tuán)隊制作出一款可穿戴呼吸傳感器，由于導(dǎo)電纖維具有高透氣性，該傳感器能在水汽自由透過的情況下，檢測呼出氣體水汽的時空分布信息。

圖 | 可穿戴的低成本呼吸檢測器

這樣一款多材料的三維可穿戴傳感器，和智能手機(jī)結(jié)合在一起，可以方便的檢測呼吸時的口部狀況、呼吸時氣體的走向、氣體的濕度、呼吸的頻率、咳嗽聲音的異常，可以指導(dǎo)人們合理選用和佩戴口罩。除纖維傳感器以外，3D 打印微納米導(dǎo)電纖維技術(shù)還可制備出很多產(chǎn)品。

除呼吸傳感器外，3D 纖維打印技術(shù)還可用于制造生物相容性導(dǎo)電高分子纖維，這種纖維可引導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動、并能將這種動態(tài)過程以電信號方式輸出，這可給日后生物電子設(shè)備的發(fā)展和 3D 細(xì)胞檢測，提供一定的研究思路。

據(jù)王文宇的導(dǎo)師黃艷燕介紹，本次傳感器的制造材料成本大概在 10 元人民幣以下。如果大批量生產(chǎn)價格會更低，再考慮人工和機(jī)器，成本估計大約幾塊錢。不過黃艷燕也對其他媒體坦言：“與傳統(tǒng)的薄膜技術(shù)相比，由小型導(dǎo)電纖維制成的傳感器對 3D 流體和氣體的體積檢測特別有用，但到目前為止，打印它們并將其結(jié)合到設(shè)備中大規(guī)模制造它們一直是一個挑戰(zhàn)�！�