來自都柏林三一學院（Trinity College Dublin）和SFI先進材料和生物工程研究中心（AMBER）的研究人員利用3D打印技術開發了一套新穎的微型氣體(ti) 傳(chuan) 感器。

這些3D打印傳(chuan) 感器的設計模仿了孔雀的變色羽毛，能夠在某些溶劑蒸汽的存在下改變顏色。因此，它們(men) 可以被用來提供一種非常直觀的危險汙染物檢測方式，同時在製造上具有顯著的成本效益。

研究團隊認為(wei) 這套設備可能在家庭、汽車和工作場所的實時氣體(ti) 監測中，以及應用到個(ge) 人健康的可穿戴設備上產(chan) 生重大影響。

該研究的共同作者Larisa Florea教授解釋說："我們(men) 已經創建了響應性的、可打印的、微觀的光學結構，可以進行實時監測，並用於(yu) 檢測氣體(ti) 。打印這種光學響應材料的能力對於(yu) 將其納入互聯、低成本的傳(chuan) 感設備方麵具有深遠的潛力"。

△盡管體(ti) 積小，但3D打印的傳(chuan) 感器可以顯示出其環境中的氣體(ti) 含量。圖片來自Trinity College Dublin。

為(wei) 什麽(me) 我們(men) 需要監測氣體(ti) ？

毫不誇張地說，現在普通人大部分時間都是在室內(nei) 度過的，無論是在家裏，或是在車裏，還是在辦公室。根據弗羅雷亞(ya) 的說法，在室內(nei) 監測到的的汙染物濃度可能要比室外的濃度高出5-100倍。當你考慮到世界衛生組織建議90%的世界人口生活在超過可接受的空氣標準限製的地區時，這個(ge) 數字的令人不安的屬性就被放大了。

目前，主流的室內(nei) 氣體(ti) 傳(chuan) 感器幾乎隻關(guan) 注泄漏、煙霧或一氧化碳檢測，而對實時揮發性有機化合物（VOC）和氨氣檢測等利基市場基本沒有涉及。

人體(ti) 健康已然成為(wei) 房屋建築和生產(chan) 設施中極為(wei) 重要的考慮因素，那麽(me) 我們(men) 也必須更加注重全麵（但低成本）的環境監測生態係統。

△3D打印的氣體(ti) 傳(chuan) 感器可以根據周圍的氣體(ti) 反映出不同的顏色。照片來自Trinity College Dublin。

3D打印的變色氣體(ti) 傳(chuan) 感器

在開發氣體(ti) 傳(chuan) 感器時，該團隊選擇使用自行研發的內(nei) 部刺激反應型3D打印材料設計、建模和製作一套微觀結構的原型。為(wei) 了實現這種微小的結構，研究人員利用了雙光子聚合的過程，這是一種非常精確的基於(yu) SLA的3D打印形式，用點狀激光將樹脂固化成微小的零件。

有趣的是，這些打印的傳(chuan) 感器結構是從(cong) 孔雀的羽毛中獲得了靈感。眾(zhong) 所周知，孔雀的羽毛會(hui) 根據觀察的角度而改變顏色，這種特性被稱為(wei) 虹彩效應。

該研究的主要作者Colm Delaney博士解釋說："300多年前，Robert Hooke首次研究了孔雀翅膀上的鮮豔色彩。幾個(ge) 世紀之後，科學家們(men) 才發現，這種鮮豔的色彩不是由傳(chuan) 統的顏料造成的，而是由光與(yu) 羽毛上的微小物體(ti) 的相互作用造成的，這些物體(ti) 的大小隻有幾百萬(wan) 分之一米。"

最終，德萊尼的團隊設法讓3D打印的傳(chuan) 感器在應對不同的溶劑蒸汽時改變顏色。這是通過改變所用材料的配方以及結構的幾何形狀來實現的，因為(wei) 觀察角度也是影響傳(chuan) 感器如何反射光線的一個(ge) 因素。盡管它們(men) 比雀斑還小，但事實證明它們(men) 對於(yu) 檢測出所處環境的物理和化學成分是有用的。此外，3D打印的傳(chuan) 感器成本低、可適應不同的刺激、電力消耗需求小，並且高度敏感，這都是他們(men) 研究成果的優(you) 勢。

△微觀氣體(ti) 傳(chuan) 感器的SEM成像。圖片來自Trinity College Dublin。

該研究的更多細節可以在題為(wei) "Direct laser writing ofvapour-responsive photonic arrays"的論文中找到。

相關(guan) 論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tc/d1tc01796a

增材製造的廣泛的材料兼容性使其在傳(chuan) 感器設備的應用上相當出色。今年早些時候，華盛頓州立大學（WSU）和DL ADV-Tech公司的工程師就曾使用3D打印技術開發了一種檢測接觸潛在致癌除草劑草甘膦的方法。該測試套件由一係列塗有3D打印傳(chuan) 感器的納米管組成，使用了與(yu) 糖尿病血糖監測儀(yi) 類似的技術，隻是它利用電流來評估草甘膦水平。

在其他地方，聖克拉拉大學的研究人員最近使用3D打印技術建造了一個(ge) 升級版的農(nong) 業(ye) 灌溉係統中的水化感應裝置。通過重新設計、3D打印和迭代這些傳(chuan) 感器的部件，工程師們(men) 已經能夠很好地改善其熱檢測能力，並縮小了整體(ti) 尺寸。