首创3D打印微型气体变色传感器

来源：江苏激光产业创新联盟

来自爱尔兰科学基金会(SFI)先进材料和生物工程研究中心Trinity和AMBER的科学家们发现了一种用新材料和高分辨率3D打印来制造微小的气体变色传感器的新方法，或将助力智能家居以及健康监测的发展。

3D打印的显微气体传感器。中间:显示彩色3D打印传感器的玻璃基板照片。左图:放大的光学显微镜图像，显示像素化传感器对不同蒸汽的响应；右图:像素化传感器的扫描电子显微镜图像，显示了周期性结构的不同高度。

该研究团队在《Journal of Materials Chemistry C》上发表了他们的新研究成果，称这些打印的传感器反应灵敏，主要是一种显微光学结构，可以实现实时监控、检测空气中某一气体含量。大多数人的大部分时间都是在家里、车里或工作场所，因此廉价而准确地监测污染物水平已经成为大势所趋，拥有巨大的市场。这些传感器潜力巨大，可用于连接的低成本家用设备或集成用于监测人体健康的可穿戴设备中。

研究设计图

该文章的主要作者Colm Delaney博士说：“300多年前，Robert Hooke—（曾经用显微镜观察生物，发明了细胞Cell这个词）首次研究了孔雀翅膀上鲜艳的颜色。几个世纪后，科学家们才发现这种“发光”的颜色不是由传统的天然色素造成的，而是由光与羽毛上的微小物体相互作用引起的，这些物体的大小只有百万分之几米。”

“我们借鉴了这种生物设计，从喜鹊到变色龙一路观察，使用激光直写(DLW)技术来制作一些独特的材料。利用这种技术我们可将激光聚焦到一个非常小的点，然后用实验室开发的软聚合物制造三维微小结构。”

光子学教授Louise Bradley补充道: “我们两个小组开展的研究侧重于刺激响应材料中微小结构的设计、建模和制造。我的博士生Jing Qian花了很多时间开发设计，并预测不同结构的反应，从而让这些结构对光、热和湿度做出反应，以创建能够真正重现自然界中的生动性、隐形反应和伪装能力的系统。这些比雀斑还小的微小反应阵列可以告诉我们它们所处环境的化学成分。”

为什么微型变色传感器极有价值？虽然传统的物理传感器支持了生活互联，但低成本、适应性强的化学传感平台方面仍存在滞后。光子传感器已取得相当大的进展，因最小的功耗、较低的运行成本和较高的灵敏度，成为了重要替代品。这也正是该传感器商业化的重要体现。

AMBER的Larisa Florea教授说: “我们创造了响应灵敏的3D打印显微光学结构，可以实时监控，并用于检测气体。3D打印的这种光学响应材料可用于家庭里那些互联的、低成本感测设备，或者用于监测分析目标物的可穿戴设备中。”

“我们的实验模型显示，室内污染物的浓度可能是室外浓度的5-100倍。考虑到世界卫生组织观察到的世界上90%的人口生活在这种远超人体可接受的空气浓度地区时，我们的研究就拥有了独特的价值。这些污染物会受到周围空气、化学物质、香味、食物质量和人类活动的影响，并对我们的健康产生深远的影响。而迄今为止的室内气体传感器几乎只关注泄漏、烟雾和二氧化碳的检测。我们的目标是对相对湿度、氧气水平、二氧化碳、挥发性有机碳(VOCs)和氨等都能做出精确、快速的响应。”