首創(chuàng)3D打印微型氣體變色傳感器

來(lái)源：江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟

來(lái)自愛爾蘭科學(xué)基金會(huì)(SFI)先進(jìn)材料和生物工程研究中心Trinity和AMBER的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種用新材料和高分辨率3D打印來(lái)制造微小的氣體變色傳感器的新方法，或?qū)⒅�力智能家居以及健康監(jiān)測(cè)的發(fā)展。

3D打印的顯微氣體傳感器。中間:顯示彩色3D打印傳感器的玻璃基板照片。左圖:放大的光學(xué)顯微鏡圖像，顯示像素化傳感器對(duì)不同蒸汽的響應(yīng)；右圖:像素化傳感器的掃描電子顯微鏡圖像，顯示了周期性結(jié)構(gòu)的不同高度。

該研究團(tuán)隊(duì)在《Journal of Materials Chemistry C》上發(fā)表了他們的新研究成果，稱這些打印的傳感器反應(yīng)靈敏，主要是一種顯微光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、檢測(cè)空氣中某一氣體含量。大多數(shù)人的大部分時(shí)間都是在家里、車?yán)锘蚬ぷ鲌?chǎng)所，因此廉價(jià)而準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)污染物水平已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，擁有巨大的市場(chǎng)。這些傳感器潛力巨大，可用于連接的低成本家用設(shè)備或集成用于監(jiān)測(cè)人體健康的可穿戴設(shè)備中。

研究設(shè)計(jì)圖

該文章的主要作者Colm Delaney博士說(shuō)：“300多年前，Robert Hooke—（曾經(jīng)用顯微鏡觀察生物，發(fā)明了細(xì)胞Cell這個(gè)詞）首次研究了孔雀翅膀上鮮艷的顏色。幾個(gè)世紀(jì)后，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)這種“發(fā)光”的顏色不是由傳統(tǒng)的天然色素造成的，而是由光與羽毛上的微小物體相互作用引起的，這些物體的大小只有百萬(wàn)分之幾米�！�

“我們借鑒了這種生物設(shè)計(jì)，從喜鵲到變色龍一路觀察，使用激光直寫(DLW)技術(shù)來(lái)制作一些獨(dú)特的材料。利用這種技術(shù)我們可將激光聚焦到一個(gè)非常小的點(diǎn)，然后用實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟聚合物制造三維微小結(jié)構(gòu)�！�

光子學(xué)教授Louise Bradley補(bǔ)充道: “我們兩個(gè)小組開展的研究側(cè)重于刺激響應(yīng)材料中微小結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建模和制造。我的博士生Jing Qian花了很多時(shí)間開發(fā)設(shè)計(jì)，并預(yù)測(cè)不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，從而讓這些結(jié)構(gòu)對(duì)光、熱和濕度做出反應(yīng)，以創(chuàng)建能夠真正重現(xiàn)自然界中的生動(dòng)性、隱形反應(yīng)和偽裝能力的系統(tǒng)。這些比雀斑還小的微小反應(yīng)陣列可以告訴我們它們所處環(huán)境的化學(xué)成分�！�

為什么微型變色傳感器極有價(jià)值？雖然傳統(tǒng)的物理傳感器支持了生活互聯(lián)，但低成本、適應(yīng)性強(qiáng)的化學(xué)傳感平臺(tái)方面仍存在滯后。光子傳感器已取得相當(dāng)大的進(jìn)展，因最小的功耗、較低的運(yùn)行成本和較高的靈敏度，成為了重要替代品。這也正是該傳感器商業(yè)化的重要體現(xiàn)。

AMBER的Larisa Florea教授說(shuō): “我們創(chuàng)造了響應(yīng)靈敏的3D打印顯微光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，并用于檢測(cè)氣體。3D打印的這種光學(xué)響應(yīng)材料可用于家庭里那些互聯(lián)的、低成本感測(cè)設(shè)備，或者用于監(jiān)測(cè)分析目標(biāo)物的可穿戴設(shè)備中�！�

“我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋@示，室內(nèi)污染物的濃度可能是室外濃度的5-100倍�？紤]到世界衛(wèi)生組織觀察到的世界上90%的人口生活在這種遠(yuǎn)超人體可接受的空氣濃度地區(qū)時(shí)，我們的研究就擁有了獨(dú)特的價(jià)值。這些污染物會(huì)受到周圍空氣、化學(xué)物質(zhì)、香味、食物質(zhì)量和人類活動(dòng)的影響，并對(duì)我們的健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。而迄今為止的室內(nèi)氣體傳感器幾乎只關(guān)注泄漏、煙霧和二氧化碳的檢測(cè)。我們的目標(biāo)是對(duì)相對(duì)濕度、氧氣水平、二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)碳(VOCs)和氨等都能做出精確、快速的響應(yīng)。”