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可穿戴传感器的最新进展(3)

2019-08-09  未知 admin

图3:通过可穿戴传感器和数据传输监测人体健康状况的信号流程图。

打印技术:制造过程更简单、经济、高效

打印技术可用于在非平面基板上制造传感器和电子设备。其中涉及使胶体或化学溶液中的功能材料沉积到特定位置。整个过程所需工序远少于标准的微细加工技术。

打印是一种“自底向上”的制造方法,即在生产过程中逐层添加材料。与传统的微细加工技术相比,这一特点使打印成为一种简单且经济高效的方法。根据打印介质与目标基板是否接触,打印技术可大致分为两类(图4)。

在接触式打印中,操作人员将已经设计好表面结构的打印介质进行上墨,并与目标基板进行物理接触。这种技术可用于丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、移印、转印等。

在非接触式打印中,打印头会将材料以微滴或连续喷射的形式喷出。这是数字化制造的一种技术,因为液滴会根据各自的驱动机制按需喷射出来。这种技术主要用于压电喷墨印刷、电流体喷墨印刷、气溶胶喷印等。非接触式打印更具优势,因为它利用了计算机软件,能快速更改设计结构,因此用途更加广泛。

此外,这一技术有望改善卷对卷(R2R)印刷工艺。通过安装不同的印刷和固化/烧结系统,作为通用平台的R2R,可用于快速、大批量生产电子元件。但是,对于全打印或半打印传感设备和系统来说,以上提到的每一项技术或工艺都至关重要。

图4:具有代表性的接触式和非接触式印刷技术

可穿戴传感器的基板:选用具有生物相容性的惰性材料

基板会影响传感器的物理、机械和电气特性。可弯曲性、可折叠性和可拉伸性的程度决定了基板是否能与非平面表面相结合,这是可穿戴电子系统的核心要求。厚度最小的聚合物薄板可作为理想选择。

聚酰亚胺、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯萘、聚二甲基硅氧烷等,都是常见的聚合物基板材料。它们的化学惰性、热绝缘性和电气绝缘性,使这些聚合物基板成为制造传感器和电子设备的理想材料。

用于制造皮肤传感器和基板的材料必须具有生物相容性,最近,相关人员正在利用聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乳酸和纤维素来研制聚合物基板。此外,一些纺织材料做的非传统型基板也开始应用于可穿戴电子设备。

传感器用于生物标志物识别:葡萄糖、乳酸、酸碱度……

可穿戴传感器分为两大类:第一种是直接贴在皮肤上的传感器,用于检测体液(如汗液)中的生物标志物。第二种是监测生理活动的可穿戴传感器。图5显示了报告中所涵盖的具有代表性的可穿戴传感器类型。每一小节都对不同传感器的几何结构、材料、制造技术和传感机制作了简要介绍。

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