Носимые датчики постепенно из часов и электродов превращаются в гибкие устройства, которые обеспечивают гораздо более точные биометрические измерения и удобство для пользователей. Международная группа исследователей разработала новую технологию, напечатав датчики непосредственно на коже человека без использования высокой температуры.
«В этой работе мы показываем простую и универсальную технологию изготовления датчиков с использованием нового слоя, чтобы обеспечить прямую печать устройств на теле», — рассказали авторы исследования.
Ранее команда продемонстрировала гибкие печатные платы для использования в носимых датчиках, но печать непосредственно на коже была затруднена из-за процесса соединения металлических компонентов в датчике. Этот процесс, который называют спеканием, обычно требует температуры около 300 °C, чтобы соединить наночастицы серебра датчика вместе.
«Очевидно, что поверхность кожи не выдерживает такой высокой температуры, — объясняют исследователи. — Чтобы обойти это ограничение, мы разработали вспомогательный слой для спекания — то, что не повредит кожу и может способствовать спеканию материала при более низкой температуре».
При добавлении в смесь наночастиц, серебро спекается при более низкой температуре, примерно 100 °C.
«Это можно использовать для печати датчиков на одежде и бумаге, что может быть полезно, однако температура все еще слишком высокая и не подходит для печати на коже», — говорят исследователи.
Температура около или выше 40 °C может вызвать ожог кожной ткани. Ученые изменили формулу вспомогательного слоя и печатного материала и обнаружили, что могут спекать датчики при комнатной температуре.
Слой для спекания при комнатной температуре состоит из пасты из поливинилового спирта — основного ингредиента отслаивающихся масок для лица — и карбоната кальция, который содержится в яичной скорлупе. Этот слой уменьшает шероховатость печатной поверхности и позволяет создавать ультратонкий слой металлических рисунков, которые могут сгибаться, сохраняя при этом электромеханические функции.
Когда датчик напечатан, исследователи используют фен, установленный на охлаждение, для удаления воды, которая используется в качестве растворителя в чернилах.
По словам ученых, 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.
Ученые также отмечают, что этот процесс является экологически чистым. Датчик остается прочным в течение нескольких дней, и при воздействии холодной воды, но горячий душ легко его уберет. При этом его удаление не повреждает кожу
Далее исследователи планируют настроить технологию для конкретных случаев. Например, сделать точную сеть датчиков на теле для отслеживания определенных симптомов, связанных с COVID-19.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.