Исследователи из Кембриджского университета использовали последние достижения в области 3D-печати для производства электронных волокон, которые можно было бы использовать в качестве датчиков для мониторинга состояния здоровья, при этом волокна остаются невидимыми для невооруженного глаза. Волокна были продемонстрированы как портативные респираторные датчики, но команда утверждает, что этот подход может быть использован для производства недорогих датчиков для ряда приложений.
В технике 3D-печати, созданной командой, используется серебро и полупроводниковые полимеры для изготовления проводящей волоконной сердцевины, обернутой в тонкую полимерную оболочку. По структуре это похоже на обычную электропроводку, но имеет диаметр в несколько микрометров, что примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса.
Ученые превратили этот оптоволоконный датчик в портативный респираторный монитор, применив его к покрытию лица, а затем используя его для отслеживания дыхания объекта. Команда использовала датчик, чтобы не только успешно обнаруживать признаки учащенного дыхания, одышки и имитации кашля, но и отслеживать, где была утечка в маске объекта.
Применяя это как к тканевым, так и к хирургическим маскам, команда обнаружила, что утечка в основном происходит спереди, особенно во время кашля. Когда дело доходит до масок N95, исследователи обнаружили, что большая часть утечек происходит с боков. Это оказалось полезным экспериментом, учитывая важность масок для борьбы с COVID-19, но также и для демонстрации потенциала устройства, которое, по словам команды, превосходит сопоставимые коммерческие датчики.
«Датчики, сделанные из небольших проводящих волокон, особенно полезны для измерения объема жидкости и газа в формате 3D , по сравнению с обычными тонкопленочными технологиями, но до сих пор было сложно распечатать и встроить их в устройства, а также производить их в больших масштабах», - сказал доктор Ян Ян Шери Хуанг (Yan Yan Shery Huang) из Кембриджского инженерного факультета, руководивший исследованием.
Команда также смогла использовать свою универсальную технику 3D-печати для производства биосовместимых волокон такого же размера и формы, что и биологические клетки. По словам ученых, эти микроскопические устройства можно использовать, чтобы «направлять» клетки по желаемому паттерну. Кроме того, эти волокна могут быть прикреплены к смартфонам, чтобы воспринимать звук через пьезоэлектрические устройства с акустическим приводом и, в конечном итоге, помогать пользователям лучше понимать свое окружение.
«Наши волоконные датчики легкие, дешевые, компактные и простые в использовании, поэтому их потенциально можно превратить в устройства для домашнего тестирования, чтобы позволить широкой публике выполнять самоуправляемые тесты для получения информации о своей среде», - сказал Хуанг.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Источник: University of Cambridge
