چاپ حسگرهای پوشیدنی روی پوست بدون نیاز به گرمادهی

حسگرهای پوشیدنی از ساعت‌ها و الکترودها به‌سمت دستگاه‌های با قبلیت خم‌شوندگی در حال تکامل هستند که اندازه‌گیری‌های بیومتریک بسیار دقیق‌تری برای کاربران فراهم می‌کنند. اخیرا تیمی بین‌المللی از محققان با چاپ حسگرها مستقیما روی پوست انسان و بدون استفاده از گرما، این تکامل را یک قدم جلوتر بردند. گروه یادشده به‌رهبری پروفسور هوانیو چنگ، از دپارتمان علوم مهندسی و مکانیک دانشگاه Penn State، نتایج این پژوهش را در مجله‌ی ACS Applied Materials & Interfaces منتشر کرده‌اند.

لینگ ژانگ، نویسنده‌ی اول این مقاله و پژوهشگر مؤسسه‌ی فناوری هاربین چین و آزمایشگاه پروفسور چنگ‌، در‌این‌باره می‌گوید:

در این مقاله، روش ساخت ساده و درعین‌حال کاربردی را ‌با استفاده از لایه‌ی کمکی جدید برای بستن و سخت‌شدن با هدف رسیدن به امکان چاپ مستقیم حسگرها روی بدن گزارش می‌دهیم.

پروفسور چنگ و همکارانش قبلا مدارهای چاپی منعطفی برای استفاده در حسگرهای پوشیدنی تولید کرده بودند؛ اما چاپ مستقیم روی پوست مانع فرایند اتصال قطعات فلزی در حسگر شده بود. این فرایند که بستن و سخت‌شدن (Sintering) نامیده می‌شود‌، معمولا به دمایی در‌حدود ۳۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد نیاز دارد تا نانوذرات نقره‌ی موجود در حسگر را به‌هم متصل کند.

پروفسور چنگ دراین‌باره می‌گوید:

مشخص است سطح پوست انسان قابلیت تحمل این دما را ندارد. برای پشت‌سرگذاشتن این محدودیت، لایه‌ای کمکی برای عملیات سینترینگ پیشنهاد کرده‌ایم که به پوست آسیب نرساند و درعین‌حال، به بسته‌شدن و اتصال نانوذرات در دمای پایین کمک کند.

با اضافه‌کردن نانوذره‌ای به مخلوط، ذرات نقره در دمای حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد سینتر می‌شود. پروفسور چنگ به این موضوع اشاره کرد که دمای ۴۰ درجه‌ی سانتی‌گراد نیز می‌تواند باعث سوختگی در پوست شود. وی بیان می‌کند:

دمای ۱۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌تواند برای چاپ روی لباس‌ها و کاغذ استفاده شود. در‌ادامه‌ی این پژوهش با تغییر در ترکیب شیمیایی لایه‌ی کمکی و ماده‌ی چاپ، توانستیم به قابلیت سینتر‌شدن در دمای اتاق برسیم.

این لایه‌ی کمکی از خمیر پلی‌وینیل الکل و کلسیم‌کربنات تشکیل شده است که ناهمواری سطح چاپ را کاهش و اجازه می‌دهد لایه‌ی بسیار نازکی از الگوهای فلزی ایجاد شود که می‌تواند با حفظ قابلیت های الکترومکانیکی خم و جمع شود. پس از چاپ‌شدن حسگر روی پوست پژوهشگران با دستگاه دمنده‌ی باد، آب موجود در لایه را حذف می‌کنند که از آن به‌عنوان حلّال استفاده شده بود.

طبق گفته‌ی چنگ، حسگرها می‌توانند دما‌، رطوبت‌، سطح اکسیژن خون و سیگنال های عملکرد قلب را دقیق و مداوم ثبت کنند. همچنین، محققان حسگرهای روی بدن را به شبکه‌ای با قابلیت انتقال بی‌سیم متصل کردند تا ترکیبی از سیگنال‌ها را حین کار ارزیابی کنند. این فناوری با محیط‌زیست سازگار و چند روز در آب خنک مقاوم است؛ اما دوش آب گرم به‌راحتی آن را از بین می‌برد.

چنگ معتقد است

این حسگر می‌تواند بازیافت شود؛ زیرا برداشتن آن به دستگاه آسیب نمی‌رساند. این مسئله به‌ویژه برای افراد دارای پوست حساس مانند افراد مسن و نوزادان بسیار مهم است.

در مرحله‌ی بعدی‌، محققان قصد دارند این فناوری را اصلاح کنند تا درصورت لزوم برنامه‌های خاصی را هدف قرار دهند؛ مانند شبکه‌ای دقیق از حسگرهای روی بدن که برای مشاهده‌ی علائم خاص مرتبط با کووید ۱۹ تنظیم شده است.