劍橋大學黃艷燕團隊聯(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 歲白族留學生王文宇，和課題組提出一種打印導電性極好的超細纖維的首創(chuàng)新方法，是一種微納米導電纖維的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)細一百倍、和銅絲一樣導電的微納米纖維
微納米導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，該團隊歷時四年進行研發(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。

該研究團隊展示了利用銀納米顆�；蛘哂袡C導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電纖維直接集成到電路上，從而減少了傳統(tǒng)導電纖維制備工藝中不可避免的復(fù)雜后處理�；�于此，王文宇和團隊制作出一款可穿戴呼吸傳感器，由于導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電高分子纖維，這種纖維可引導細胞運動、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 細胞檢測，提供一定的研究思路。

據(jù)王文宇的導師黃艷燕介紹，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)�！�