Носимые датчики прошли долгий путь эволюции — от массивных браслетов и электродов до компактных устройств, которые обеспечивают гораздо более точные биометрические измерения и удобство для пользователей. Теперь международная группа исследователей сделала еще один шаг вперед, напечатав датчики непосредственно на коже человека без использования тепла.
Команда под руководством Хуанью «Ларри» Ченга, профессора Департамента инженерных наук и механики штата Пенсильвания, опубликовала свои результаты своей работы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Ченг и его коллеги ранее разработали гибкие печатные платы для использования в носимых датчиках, но печать непосредственно на коже затруднена из-за процесса соединения металлических компонентов датчика. Этот процесс, называемый спеканием, обычно требует температуры около 572 градусов по Фаренгейту (300 градусов по Цельсию), чтобы связать наночастицы серебра датчика вместе.
Очевидно, что поверхность кожи не выдерживает такой высокой температуры. Чтобы обойти это ограничение, исследователи разработали дополнительный слой, способствующий спеканию — то, что не повредит кожу и может способствовать спеканию материала при более низкой температуре. При добавлении наночастиц в смесь частицы серебра спекаются при более низкой температуре, примерно 212 F (100 C).
Слой добавки для спекания при комнатной температуре состоит из поливинилового спирта — основного ингредиента снимаемых масок для лица — и карбоната кальция, который содержит яичную скорлупу. Этот слой уменьшает шероховатость печатной поверхности и позволяет создавать ультратонкий слой металлических рисунков, которые могут сгибаться и складываться, сохраняя при этом электромеханические возможности. Когда датчик напечатан, исследователи используют воздуходувку для удаления воды, которая используется в качестве растворителя в чернилах.
По словам Ченга, датчики способны точно и непрерывно регистрировать температуру, влажность, уровень кислорода в крови и сигналы сердечной деятельности. Исследователи также связали датчики на теле в сеть с возможностью беспроводной передачи, чтобы отслеживать комбинацию сигналов по мере их прохождения. Этот процесс также является экологически чистым. Датчик остается прочным в прохладной воде в течение нескольких дней, но горячий душ легко его снимет.
В ближайшее время исследователи планируют создать датчики, которые можно будет подстраивать для конкретных задач. В приоритете стоит задача по созданию полноценной сети нательных датчиков, служащих для мониторинга симптомов, связанных с COVID-19.
