从呼吸捕捉到细胞运动引导，3D打印的微小透明导电纤维可用于制造能够“嗅、听和触摸”的设备——这使得它在健康监测、物联网和生物传感等应用方面有着诸多用途。
剑桥大学的研究人员通过3D打印技术（又名增材制造技术）制造出了比人类发丝细100倍的电子纤维，用该技术制造的传感器，能力远超传统薄膜设备。
据《Science Advances》杂志报道，这种纤维打印技术可用于制造非接触式、可穿戴式、便携式的呼吸传感器。这类打印出的传感器不仅灵敏度高、成本低，而且还能够与手机连接，同时收集呼吸模式、声音和图像等信息。
第一作者Andy Wang是剑桥大学工程系的一名博士生。他通过使用这种纤维传感器，可以检测出在正常呼吸、急促呼吸和模拟咳嗽等呼吸情况下，他透过口罩呼出的气体中的水分含量。这种纤维传感器的性能明显优于市面上类似功能的传感器，特别是在监测呼吸急促（气短）方面。
这种纤维传感器起初并不是设计来检测病毒颗粒的。但是，由于越来越多的科学证据指出病毒颗粒例如冠状病毒可以通过飞沫以及气溶胶传播，通过检测呼出气体的方向以及水分含量，可以作为一种评判指标，来找出不同类型口罩防护性能的短板。
研究小组发现，对于大多数织物口罩或医用口罩来说，呼出的气体通过口罩前部排出，尤其是在咳嗽时。而对于N95口罩来说，则是主要通过口罩的上部和紧贴脸颊的侧面。尽管如此，这两种口罩若佩戴得当，都有助于减弱呼出气体的流动。
领导该研究的剑桥大学工程系Yan Yan Shery Huang博士说：“与传统的薄膜技术相比，由微小导电纤维制成的传感器对于立体空间中液体和气体的体积感应极为有用。但到目前为止，打印这种纤维以及将其运用到设备中并有规模的生产，还是具有一定的挑战性。”
黄和她的同事利用3D打印技术制造出了一种由银和半导体聚合物制成的复合纤维。这种纤维打印技术能够制造一种核壳纤维结构，纤维内部的高纯度导电芯由一层薄聚合物外壳包裹着，与普通电线的结构类似，但其直径仅为几微米。
除了呼吸传感器，该打印技术还可用于制造与生物细胞尺寸相当的生物相容纤维。这种纤维能够引导细胞运动，并以电信号的形式“感知”这种动态过程。此外，这种纤维非常细小，仅凭肉眼是无法看见的，所以当在立体空间中用它们连接小电子元件时，电子元件看起来就好像“漂浮”在半空中一样。
Huang说:“我们的纤维传感器重量轻、价格便宜、体积小、使用方便，因此它们有可能成为家庭测试设备，让普通大众能够通过进行自我测试，来获取他们周围环境的信息。”
该团队希望将这种纤维打印技术用于多种多功能传感器，从而能够探测到呼吸中更多种类的物质以用于移动健康监测，或是用于生物-机器接口等应用。
Translator: Lu Zhang