توسط دانشگاه کمبریج30 سپتامبر 2020
از گرفتن نفس گرفته تا هدایت حرکات بیولوژیکی سلول ، می توان از چاپ 3 بعدی الیاف رسانای ریز و شفاف برای ساخت دستگاههایی استفاده کرد که بوی آنها را می دهند ، می شنوند و لمس می کنند – این امر به ویژه برای نظارت بر سلامتی ، اینترنت اشیا و برنامه های بیوسنتز مفید است.
محققان دانشگاه کمبریج با استفاده از تکنیک های چاپ سه بعدی ، همچنین به عنوان تولید افزودنی ، الیاف الکترونیکی ، هر کدام 100 برابر نازک تر از موی انسان ، ایجاد سنسورهایی فراتر از توانایی دستگاه های مبتنی بر فیلم معمولی را تولید می کنند.
از روش چاپ فیبر ، که در مجله Science Advances گزارش شده است ، می توان برای ایجاد حسگرهای تنفسی غیر تماسی ، پوشیدنی و قابل حمل استفاده کرد. این سنسورهای چاپ شده دارای حساسیت بالا ، کم هزینه بوده و می توانند به تلفن همراه متصل شوند تا همزمان اطلاعات الگوی تنفس ، صدا و تصاویر را جمع آوری کنند.
اندی وانگ ، دانشجوی دکترای تخصصی گروه مهندسی کمبریج ، با استفاده از سنسور فیبر میزان رطوبت نفس را که از طریق پوشش صورتش نشت کرده است ، برای شرایط تنفسی حالت طبیعی ، تنفس سریع و سرفه شبیه سازی شده ، آزمایش کرد. سنسورهای فیبر به ویژه در نظارت بر تنفس سریع ، که تنگی نفس را تکرار می کند ، به طور قابل توجهی عملکرد حسگرهای تجاری قابل مقایسه را دارند.
در حالی که سنسور فیبری برای شناسایی ذرات ویروسی طراحی نشده است ، از آنجا که شواهد علمی به طور فزاینده ای به این واقعیت اشاره دارد که ذرات ویروسی مانند ویروس کرونا می تواند از طریق قطرات تنفسی و آئروسل منتقل شود ، مقدار و جهت رطوبت نفس را که از طریق انواع مختلف نشت می کند ، اندازه گیری می کند. پوشش های صورت می تواند در نقاط ضعف محافظت ، مشخص باشد.
تیم تحقیق دریافت که بیشترین نشت از ماسک های پارچه ای یا جراحی از قسمت جلویی به خصوص هنگام سرفه ایجاد می شود ، در حالی که بیشتر نشت ماسک های N95 از قسمت بالا و کناره ها با اتصالات محکم است. با این وجود ، هر دو نوع ماسک صورت ، اگر به درستی استفاده شوند ، به تضعیف جریان نفس بازدم کمک می کنند.
“سنسورهای ساخته شده از الیاف رسانای کوچک در مقایسه با تکنیک های فیلم نازک معمولی برای سنجش حجمی مایعات و گاز در چاپ سه بعدی بسیار مفید هستند ، اما تاکنون چاپ و ترکیب آنها در دستگاه ها و تولید آنها با چالش مقیاس همراه بوده است. دکتر یان یان شری هوانگ از گروه مهندسی کمبریج ، که تحقیق را رهبری کرده است ، این موضوع را گفت.
هوانگ و همکارانش الیاف کامپوزیتی را که از پلیمرهای نقره و / یا نیمه رسانا ساخته شده اند ، بصورت سه بعدی چاپ کردند. این روش چاپ الیاف ، یک ساختار الیاف هسته در پوسته را ایجاد می کند ، با یک هسته الیاف رسانای با خلوص بالا که توسط یک غلاف پلیمری محافظ نازک پیچیده شده است ، شبیه ساختار سیم های الکتریکی معمول ، اما در مقیاس چند میکرومتر قطر می باشد.
علاوه بر حسگرهای تنفسی ، از تکنیک چاپ می توان برای ساخت الیاف زیستی سازگار با ابعادی مشابه سلولهای بیولوژیکی نیز استفاده کرد ، که آنها را قادر می سازد تا حرکت سلول را هدایت کرده و این فرآیند پویا را به عنوان سیگنال های الکتریکی احساس کنند. همچنین ، الیاف آنقدر ریز هستند که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند ، بنابراین وقتی از آنها برای اتصال عناصر الکترونیکی کوچک به صورت 3 بعدی استفاده می شود ، به نظر می رسد که لوازم الکترونیکی در هوا “شناور” هستند.
هوانگ گفت: “سنسورهای فیبر ما سبک ، ارزان ، کوچک و استفاده از آنها آسان است ، بنابراین به طور بالقوه می توانند به دستگاه های تست خانگی تبدیل شوند تا به عموم مردم این امکان را بدهد تا آزمایشات خودگردان را برای به دست آوردن اطلاعات در مورد محیط خود انجام دهند.”
این تیم به دنبال توسعه این روش چاپ فیبر برای تعدادی از سنسورهای چند منظوره است ، که به طور بالقوه می تواند گونه های تنفس بیشتری را برای نظارت بر سلامت موبایل یا برنامه های رابط بیو ماشین شناسایی کند. https://techxplore.com/
