Desde capturar la respiración hasta guiar los movimientos biológicos de las células, la impresión 3D de pequeñas fibras conductoras transparentes podría usarse para fabricar dispositivos que puedan ‘oler, oír y tocar’, lo que la hace particularmente útil para el monitoreo de la salud, Internet de las cosas y aplicaciones de biosensores.
Investigadores de la Universidad de Cambridge utilizaron técnicas de impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, para fabricar fibras electrónicas, cada una 100 veces más delgada que un cabello humano, creando sensores más allá de las capacidades de los dispositivos convencionales basados en películas.
La técnica de impresión de fibra, publicada en la revista Science Advances, se puede utilizar para fabricar sensores respiratorios portátiles, portátiles y sin contacto. Estos sensores impresos son de alta sensibilidad, de bajo costo y se pueden conectar a un teléfono móvil para recopilar información del patrón de respiración, sonido e imágenes al mismo tiempo.
El primer autor Andy Wang, un estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería de Cambridge, usó el sensor de fibra para probar la cantidad de humedad del aliento que se filtraba a través de la cubierta de su rostro, para afecciones respiratorias como respiración normal, respiración rápida y tos simulada. Los sensores de fibra superaron significativamente a los sensores comerciales comparables, especialmente en el monitoreo de la respiración rápida, que replica la dificultad para respirar.
Si bien el sensor de fibra no ha sido diseñado para detectar partículas virales, ya que la evidencia científica apunta cada vez más al hecho de que las partículas virales como el coronavirus pueden transmitirse a través de gotitas respiratorias y aerosoles, midiendo la cantidad y dirección de la humedad respiratoria que se filtra a través de diferentes tipos de Los revestimientos faciales podrían actuar como un indicador en los puntos «débiles» de protección.
El equipo descubrió que la mayoría de las fugas de las máscaras quirúrgicas o de tela provienen del frente, especialmente durante la tos, mientras que la mayoría de las fugas de las máscaras N95 provienen de la parte superior y los lados con ajustes ajustados. No obstante, ambos tipos de máscaras faciales, cuando se usan correctamente, ayudan a debilitar el flujo del aire exhalado.
«Los sensores hechos de pequeñas fibras conductoras son especialmente útiles para la detección volumétrica de fluidos y gases en 3D, en comparación con las técnicas convencionales de película delgada, pero hasta ahora, ha sido un desafío imprimirlos e incorporarlos en dispositivos y fabricarlos a escala. «, dijo el Dr. Yan Yan Shery Huang del Departamento de Ingeniería de Cambridge, quien dirigió la investigación.
Huang y sus colegas imprimieron en 3D las fibras compuestas, que están hechas de plata y / o polímeros semiconductores. Esta técnica de impresión de fibra crea una estructura de fibra de núcleo-cubierta, con un núcleo de fibra conductora de alta pureza envuelto por una delgada cubierta protectora de polímero, similar a la estructura de los cables eléctricos comunes, pero a una escala de unos pocos micrómetros de diámetro.
Además de los sensores respiratorios, la técnica de impresión también se puede utilizar para fabricar fibras biocompatibles de una dimensión similar a las células biológicas, lo que les permite guiar los movimientos celulares y ‘sentir’ este proceso dinámico como señales eléctricas. Además, las fibras son tan pequeñas que son invisibles a simple vista, por lo que cuando se utilizan para conectar pequeños elementos electrónicos en 3D, parecería que la electrónica está ‘flotando’ en el aire.
«Nuestros sensores de fibra son livianos, baratos, pequeños y fáciles de usar, por lo que podrían convertirse en dispositivos de prueba casera para permitir al público en general realizar pruebas autoadministradas para obtener información sobre sus entornos», dijo Huang.
El equipo busca desarrollar esta técnica de impresión de fibra para varios sensores multifuncionales, que potencialmente podrían detectar más especies de aliento para el monitoreo de la salud móvil o para aplicaciones de interfaz de biomáquina.
Fuente: la Universidad de Cambridge .
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