【集萃網(wǎng)觀察】
導(dǎo)讀
據(jù)美國(guó)塔夫茨大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該校研究人員開發(fā)出基于生物材料的新型油墨。這種油墨以復(fù)雜的圖案和高分辨率的方式絲網(wǎng)印刷到衣服、鞋子、甚至是面罩等織物上，檢測(cè)與量化身體表面的各種生物條件、分子以及可能的病原體。
背景
可穿戴傳感設(shè)備在監(jiān)測(cè)人類表現(xiàn)和健康方面引起了相當(dāng)大的興趣。許多這樣的設(shè)備已經(jīng)被發(fā)明出來(lái)，在可穿戴貼片、腕帶及其他配置中加入電子器件，監(jiān)測(cè)局部或整體的生理信息，例如心率或血糖等。
下面舉三個(gè)例子，帶大家回顧一下：
1.韓國(guó)首爾基礎(chǔ)科學(xué)研究院領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)采用石墨烯材料制成的柔性可穿戴設(shè)備，可以監(jiān)測(cè)血糖并治療糖尿病。
2.美國(guó)國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一項(xiàng)稱為“電子織物合身套裝（E-TeCS）”的新技術(shù)，可以將電子傳感器集成到彈性織物中，創(chuàng)造出可用于監(jiān)測(cè)溫度、呼吸、心率等生命體征的T恤衫或其他服裝。
3.美國(guó)西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一款柔性微流體設(shè)備，它可以很方便地貼在皮膚上，測(cè)量佩戴者的汗液成分，而監(jiān)測(cè)身體對(duì)于運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)以及健康狀況。
創(chuàng)新
近日，美國(guó)塔夫茨大學(xué)工學(xué)院的研究采用了一種不同的互補(bǔ)性方法，使用可以覆蓋很大的區(qū)域（從一個(gè)貼片到整個(gè)身體甚至更大）的傳感服裝，對(duì)理論上非常大量的分析物進(jìn)行非電子的比色檢測(cè)。
該校研究人員開發(fā)出了基于生物材料的新型油墨。這種油墨能通過(guò)改變顏色，對(duì)身體釋放的或者周圍環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)（例如汗液以及其他體液）作出反應(yīng)并量化。這種油墨能以復(fù)雜的圖案以及高分辨率的方式絲網(wǎng)印刷到衣服、鞋子、甚至是面罩等紡織品上，為身體對(duì)化學(xué)物質(zhì)的暴露和反應(yīng)提供詳細(xì)的地圖。
下圖所示：一款通過(guò)pH敏感的生物活性油墨絲網(wǎng)印刷的T恤衫，可以提供穿著者身上的pH響應(yīng)地圖。生物活性油墨的衍生物，可以檢測(cè)到身體釋放的或者周圍環(huán)境中的其他分子。
在《先進(jìn)材料（Advanced Materials）》雜志上報(bào)道的可穿戴感知領(lǐng)域的這一進(jìn)展，可以利用傳統(tǒng)的衣服與制服，同時(shí)檢測(cè)與量化身體表面的各種生物條件、分子以及可能的病原體。
論文通訊作者、塔夫茨大學(xué)工學(xué)院教授 Fiorenzo Omenetto 表示：“使用新型生物活性油墨與非常普遍的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，為大規(guī)模生產(chǎn)具有大量傳感器的可穿戴柔性織物開辟了非常有前景的機(jī)遇，這些傳感器可應(yīng)用于檢測(cè)一系列的條件。這些織物最終會(huì)出現(xiàn)在工作場(chǎng)所的制服、運(yùn)動(dòng)服，或者甚至家具和建筑結(jié)構(gòu)上。”
技術(shù)
制造傳感衣服的成分是生物激活的絲基油墨。這些油墨配方中的可溶性絲基質(zhì)可通過(guò)嵌入各種"報(bào)告"分子來(lái)進(jìn)行修飾，例如pH敏感指標(biāo)，或者像乳酸氧化酶這樣的酶，來(lái)指示汗液中的乳酸水平。前者可以是皮膚健康或者脫水的指標(biāo)，而后者可以指示穿著者的疲勞程度。由于絲素蛋白的多樣性，可以用化學(xué)敏感的染料、酶、抗體等活性分子對(duì)其進(jìn)行修飾，創(chuàng)造出許多其他的油墨衍生物。雖然報(bào)告分子本身可能是不穩(wěn)定的，但是當(dāng)它們嵌入到墨水配方中的絲素蛋白內(nèi)時(shí)，會(huì)變得穩(wěn)定。
該油墨是通過(guò)將增稠劑（海藻酸鈉）和增塑劑（甘油）結(jié)合起來(lái)，為絲網(wǎng)印刷應(yīng)用而配制的�？山z網(wǎng)印刷的生物油墨能像任何為絲網(wǎng)印刷技術(shù)開發(fā)的油墨一樣使用，因此不僅可以應(yīng)用到衣服上，還可以應(yīng)用到各種表面，例如木材、塑料和紙張，以生成從數(shù)百微米到數(shù)十米的各種圖案。雖然油墨所呈現(xiàn)的顏色變化能為分析物的存在與否提供一條視覺(jué)線索，但是使用相機(jī)成像分析掃描服裝或其他材料卻能收集到更精確的數(shù)量以及高分辨率亞毫米圖譜信息。
這項(xiàng)技術(shù)建立在同樣的研究人員先前的工作基礎(chǔ)上，他們開發(fā)了為噴墨打印配制的生物活性絲基油墨，以創(chuàng)建培養(yǎng)皿、紙傳感器以及實(shí)驗(yàn)室手套，可以通過(guò)改變顏色來(lái)指示細(xì)菌污染。
價(jià)值
塔夫茨大學(xué)工院生物醫(yī)學(xué)工程系研究助理教授、論文第一作者 Giusy Matzeu 表示：“如果作為服裝穿戴，或者甚至是在大的表面上，例如房間內(nèi)部，絲網(wǎng)印刷技術(shù)提供了相當(dāng)于覆蓋身體廣泛區(qū)域的大型、多路傳感器排列。結(jié)合圖像分析，我們可以獲得大面積的高分辨率顏色反應(yīng)地圖，并更深入地了解整體生理或環(huán)境狀態(tài)。理論上，我們可以將這種方法擴(kuò)展到跟蹤空氣質(zhì)量，或者支持流行病學(xué)的環(huán)境監(jiān)測(cè)�！�
這種方法使用普通印刷技術(shù)的這一事實(shí)，也為創(chuàng)造性的應(yīng)用開辟了道路。最近在塔夫茨大學(xué)畢業(yè)的博士生 Laia Mogas-Soldevila 在 Omenetto 的絲實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了這方面的探索。Mogas-Soldevila 制造出了美麗的掛毯，將它們展示在美國(guó)和歐洲的博物館中。這些展示是互動(dòng)式的，參觀者可以將不同的無(wú)毒化學(xué)物質(zhì)噴灑到織物上，并觀看圖案的變化。
Mogas-Soldevila 表示：“這真是一個(gè)偉大的例子，展示了藝術(shù)和工程是如何相互學(xué)習(xí)與相互啟發(fā)的。這款人工設(shè)計(jì)的油墨在反應(yīng)靈敏、互動(dòng)性強(qiáng)的掛毯和表面中開辟了一個(gè)新的維度，而千年歷史的絲網(wǎng)印刷技術(shù)為現(xiàn)代化的高分辨率、可穿戴感知表面奠定了一個(gè)合適的基礎(chǔ)�！�
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