首創(chuàng)3D打印微型氣體變色傳感器

來源：江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟

來自愛爾蘭科學基金會(SFI)先進材料和生物工程研究中心Trinity和AMBER的科學家們發(fā)現(xiàn)了一種用新材料和高分辨率3D打印來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:放大的光學顯微鏡圖像，顯示像素化傳感器對不同蒸汽的響應(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,。

該研究團隊在《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結(jié)構(gòu),，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控,、檢測空氣中某一氣體含量。大多數(shù)人的大部分時間都是在家里,、車里或工作場所,，因此廉價而準確地監(jiān)測污染物水平已經(jīng)成為大勢所趨，擁有巨大的市場,。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)測人體健康的可穿戴設(shè)備中。

研究設(shè)計圖

該文章的主要作者Colm Delaney博士說：“300多年前,，Robert Hooke—（曾經(jīng)用顯微鏡觀察生物,，發(fā)明了細胞Cell這個詞）首次研究了孔雀翅膀上鮮艷的顏色。幾個世紀后,，科學家們才發(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分之幾米,�,！�

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

光子學教授Louise Bradley補充道: “我們兩個小組開展的研究側(cè)重于刺激響應(yīng)材料中微小結(jié)構(gòu)的設(shè)計,、建模和制造。我的博士生Jing Qian花了很多時間開發(fā)設(shè)計,，并預(yù)測不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng),，從而讓這些結(jié)構(gòu)對光、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)境的化學成分,�,！�

為什么微型變色傳感器極有價值？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)性強的化學傳感平臺方面仍存在滯后。光子傳感器已取得相當大的進展,，因最小的功耗,、較低的運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: “我們創(chuàng)造了響應(yīng)靈敏的3D打印顯微光學結(jié)構(gòu)，可以實時監(jiān)控,，并用于檢測氣體,。3D打印的這種光學響應(yīng)材料可用于家庭里那些互聯(lián)的、低成本感測設(shè)備,，或者用于監(jiān)測分析目標物的可穿戴設(shè)備中,。”

“我們的實驗?zāi)Ｐ惋@示,，室內(nèi)污染物的濃度可能是室外濃度的5-100倍,。考慮到世界衛(wèi)生組織觀察到的世界上90%的人口生活在這種遠超人體可接受的空氣濃度地區(qū)時,，我們的研究就擁有了獨特的價值,。這些污染物會受到周圍空氣、化學物質(zhì),、香味,、食物質(zhì)量和人類活動的影響，并對我們的健康產(chǎn)生深遠的影響,。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。我們的目標是對相對濕度,、氧氣水平,、二氧化碳、揮發(fā)性有機碳(VOCs)和氨等都能做出精確,、快速的響應(yīng),。”