弗吉尼亞理工大學(xué)開發(fā)3D打印傳感器可實(shí)現(xiàn)早期奶牛產(chǎn)乳熱檢測

2025年1月8日，南極熊獲悉，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)最近開發(fā)了一種創(chuàng)新的3D打印傳感器技術(shù)，有望改變奶牛產(chǎn)乳熱的診斷方法。產(chǎn)乳熱是奶牛養(yǎng)殖業(yè)中普遍存在的健康問題，對奶牛的健康及農(nóng)場的經(jīng)濟(jì)收益造成嚴(yán)重影響。該疾病不僅影響奶牛的生理功能，還會導(dǎo)致牛奶產(chǎn)量下降，給奶牛場帶來顯著的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，奶農(nóng)們面臨診斷產(chǎn)乳熱的難題，因?yàn)檫@種疾病的典型癥狀往往難以察覺。然而，弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家們利用增材制造技術(shù)，成功開發(fā)出一種能夠在短短十秒內(nèi)檢測出奶牛是否患有產(chǎn)乳熱的傳感器。這項(xiàng)研究的成果為農(nóng)業(yè)和動物健康領(lǐng)域帶來了一種可持續(xù)的解決方案。

△3D打印傳感器可以輕松集成到擠奶系統(tǒng)中，并快速準(zhǔn)確地分析牛奶樣本中的鈣和磷酸鹽含量，以便在早期檢測出乳熱

3D打印傳感器快速檢測乳熱的早期跡象

傳感器的核心功能是測量牛奶樣本中鈣和磷酸鹽的濃度。它采用聚合物樹脂3D打印技術(shù)制造，使得研究人員能夠以低成本和高靈活性生產(chǎn)這種傳感器。生產(chǎn)過程包括逐層打印和紫外線固化以形成微觀表面結(jié)構(gòu)，并使用電子束蒸發(fā)鍍金。微觀波紋表面具有高靈敏度，傳感器結(jié)構(gòu)總共包含三個(gè)電極，其中兩個(gè)用作工作電極。

△研究題目為“采用3D打印多路復(fù)用傳感結(jié)構(gòu)的阿托摩爾敏感型牛奶熱傳感器”（傳送門）

這些傳感器涂有鈣和磷酸鹽離子選擇性膜。傳感器能夠檢測阿摩爾范圍內(nèi)的離子濃度（即鈣離子濃度為138 aM）尤為重要。這使得在出現(xiàn)更嚴(yán)重的癥狀之前，即使是輕微的產(chǎn)奶熱癥狀也能被檢測到。

△使用基于擠壓技術(shù)的3D打印機(jī)制造傳感器

3D打印傳感器的推出帶來了諸多顯著優(yōu)勢，其中成本效益尤為突出。傳統(tǒng)診斷工具往往價(jià)格不菲且操作復(fù)雜，相比之下，新開發(fā)的傳感器不僅生產(chǎn)成本低廉，而且僅需兩小時(shí)即可完成制作。它的使用不需要專業(yè)知識，這大大降低了操作門檻，使得更多養(yǎng)殖戶能夠負(fù)擔(dān)并使用這項(xiàng)技術(shù)。

此外，這種傳感器對于推動可持續(xù)畜牧業(yè)的發(fā)展具有重要作用。它通過快速準(zhǔn)確地現(xiàn)場診斷，有效地監(jiān)測奶牛的健康狀況，從而最大程度地減少經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，這種傳感器的擴(kuò)展性很強(qiáng)，未來有望通過測量牛奶樣本中的其它生物標(biāo)志物來檢測其它動物疾病，進(jìn)一步提升畜牧業(yè)的健康管理能力。