印刷电子设备使电气化的纹身和个性化生物传感器

两种电子活性导线直接沿着Duke Grooduber Nick Williams Pinky的底部打印，当施加电压时成功地照亮了LED。

完全打印的电子技术的第一次演示是柔和的，足以在人体皮肤和纸张上工作。

Duke大学的电气工程师设计了一种完全打印的电子设备，可轻松地在细腻的表面上工作，包括纸和人体皮肤。该预付款可以实现与患者特异性生物传感器欺骗的高附着力，嵌入式电子纹身和绷带等技术。

这些技术在2019年7月9日在线发布的一系列论文中描述了在纳米京诗期刊ACS Nano期刊中发表的一系列论文。

“当人们听到术语”印刷电子产品“时，”期望是一个人将基板和电子电路的设计装载到打印机中，并且在以后的一些合理的时间内消除了一个全功能的电子电路，“亚伦富兰克林说詹姆斯L.和伊丽莎白M. Vincent在公爵电气计算机工程副副教授。

“一些更加异国情调的应用包括紧密连接的电子纹身，可用于生物标记或独特的检测机制，用于现场定制电子产品的快速原型设计，以及可以容易地集成到定制绷带中的纸质诊断。”

“多年来有一个关于这些”完全印刷的电子产品“的研究论文，但现实情况是，该过程实际上涉及多次将样品烘烤，将其洗涤或旋转涂层材料烘烤，“富兰克林说。“我们是第一个现实与公众感知的地方。”

所谓的电子纹身的概念是在伊利诺伊大学的2000年代末，John A. Rogers在西北大学的Louis Simpson和Kimberly Berrey教授。Rogers的电子纹身而不是永久注入皮肤的真正纹身，而不是真正的纹身，较薄，柔性柔性橡胶，含有同样柔性的电气部件。

将薄膜粘在肌肤上，就像临时纹身一样，并且使柔性电子产品的早期版本含有心脏和脑活动监测器和肌肉刺激器。虽然这些类型的设备正在进行商业化和大规模制造的途中，但是有一些竞技场，它们不太适合，例如通过添加定制电子器件的直接修改表面。

“对于直接或添加剂印刷真的很有用，你需要能够在一步中打印完整的任何东西，”富兰克林说。“一些更加异国情调的应用包括紧密连接的电子纹身，可用于生物标记或独特的检测机制，用于现场定制电子产品的快速原型设计，以及可以容易地集成到定制绷带中的纸质诊断。”

在7月份的纸质中，富兰克林的实验室和公爵化学教授的本杰明·威利实验室开发了一种新的含银纳米线的墨水，可以在带气溶胶打印机的低温下印刷到任何基板上。它产生薄膜，其在没有任何进一步加工的情况下保持其电导率。印刷后，墨水在不到两分钟的时间内干燥，即使在持续50％的弯曲菌株超过一千次后，也能保持其高电性能。

在伴随着第一篇文章的视频中，研究生尼克利亚姆斯沿着他的小指下侧面打印两个电子活跃的引线。在他的手指的末端，他将导线连接到一个小的LED灯。然后，他将电压施加到两个印刷的引线的底部，使LED即使弯曲并移动手指也会保持点亮。

在第二篇论文中，富兰克林和研究生Shiheng Lu进一步采取导电墨水并将其与另外两种可打印部件相结合以创建功能晶体管。打印机首先放下半导体条的碳纳米管。一旦它干燥，并且没有从打印机移除塑料或纸质基板，打印两个银纳米线引线，从任一侧延伸几厘米。然后在原始半导体条的顶部印刷二维材料的非导电介电层，六方氮化硼，然后印在原始半导体条的顶部上，然后是最终的银纳米线电极。

利用当今的技术，这些步骤中的至少一个需要去除底物以用于额外的处理，例如化学浴，以冲洗不需要的材料，硬化过程以确保层不会混合，或者延伸的烘烤以去除迹线可以干扰电场的有机材料。

但是，富兰克林的打印不需要这些步骤，尽管每层都需要完全干燥以避免混合材料，但可以在迄今为止报告的最低总处理温度下完成。

富兰克林说：“没有人认为雾化油墨，特别是对于氮化硼，特别是对氮化硼的污水墨水，特别是在没有烘烤的情况下烘烤所需的性质，”富兰克林说。“但我们不仅要上班，我们展示了在印刷后两小时烘焙了这一点，不会提高其性能。它可以像使用完全打印的过程一样好。“

富兰克林没有看到他的印刷方法更换可穿戴电子产品的大规模制造工艺。但他确实看到了一种潜在的应用价值，例如快速原型设计或一种尺寸不适合所有的情况。

“想想创建包含像生物传感器这样的电子产品的定制绷带，护士可以刚刚走到工作站，并在特定患者所需的功能中进行打击，”富兰克林说。“这是可以帮助推动该的按需能力的类型。”

参考：

Nicholas X. Williams，Steven Noyce，Jorge A. Cardenas，Benjamin J. Wiley和Aaron D. Franklin，2019年8月14日，2019年8月14日，斯蒂文·诺维斯，史蒂文·诺维斯
10.1039 / c9nr03378e.

“使用气溶胶喷射印刷的灵活，打印型1D-2D薄膜晶体管”由Shiheng Lu，Jorge A. Cardenas，Robyn Worsley，Nicholas X. Williams，Joseph B. Andrews，Cinzia Casiraghi和Aaron D. Franklin， 2019年10月3日，ACS Nano.doi：
10.1021 / ACSNANO.9B04337

这项工作得到了国防部，国防部，医学研究计划（W81XWH-17-2-0045），国家卫生研究院（1R21HL141028）和国家科学基金会（ECCS-1542015）。