澳大利亞斯威本科技大學(xué)(Swinburne University of Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)SUT)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型3D打印聚合物——液體混合RFID天線。
該團(tuán)隊(duì)的新傳感設(shè)備利用低成本的FDM制造技術(shù)，其特點(diǎn)是微流體通道，可以使用不同的離子流體改變其極化。研究人員專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了這種標(biāo)簽用于嵌入式系統(tǒng)中，這可能會(huì)成為生物或化學(xué)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的理想材料。
SUT團(tuán)隊(duì)的混合RFID標(biāo)簽具有集成通道的特點(diǎn)，可以在必要時(shí)調(diào)整其極化
RFID標(biāo)簽的生物傳感能力
RFID設(shè)備使用無(wú)線電波通過(guò)固體表面識(shí)別物理對(duì)象，典型的配置包括標(biāo)簽、閱讀器和一些軟件。這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈和物流，但也越來(lái)越多地被用于監(jiān)測(cè)人體健康。
傳統(tǒng)上，RFID標(biāo)簽根據(jù)其電源分為無(wú)源、有源或半有源，但3D打印為生產(chǎn)傳感器帶來(lái)了新的方法。特別是，一系列新的無(wú)源器件的發(fā)展使可穿戴生物傳感器比以前更具可行性。
來(lái)自加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種可食用的RFID膠囊，而意大利比薩圣安娜高等研究大學(xué)研究了一種能夠監(jiān)測(cè)人體內(nèi)部溫度的標(biāo)簽?；谶@些想法，SUT團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)理論，即液體混合天線將提供增強(qiáng)的、更可定制的傳感能力。
3D打印微流體傳感器已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)丨圖片來(lái)自明尼蘇達(dá)大學(xué)
微流體RFID設(shè)備的研制
為了制造他們的新設(shè)備，SUT團(tuán)隊(duì)購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)源RFID標(biāo)簽，并對(duì)其進(jìn)行了修改，使其僅使用芯片和諧振電路。然后使用Solidworks CAD軟件設(shè)計(jì)了一種新的液體天線，以微流體通道為特征，并使用Tractus3D T850系統(tǒng)進(jìn)行了3D打印。
理論上，用離子液體填充天線的通道可以根據(jù)最終用途調(diào)整其靈敏度。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究小組將修改后的天線、芯片及其諧振電路相連，并將其與未修改的RFID標(biāo)簽進(jìn)行比較，以評(píng)估其性能。
在測(cè)試過(guò)程中，研究人員的儀器和閱讀器之間的輻射距離每十分鐘測(cè)量一次，而閱讀器則會(huì)被移動(dòng)得越來(lái)越遠(yuǎn)。有趣的是，該團(tuán)隊(duì)的標(biāo)簽被證明能夠從比聚合物更遠(yuǎn)的距離讀取金屬表面，盡管結(jié)果并不一致。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備的通道中注入薄荷油可以創(chuàng)建一個(gè)“緩沖區(qū)”，最終使研究人員能夠改變其極化?？偟膩?lái)說(shuō)，這種新型傳感器能夠在900mm以外的最大距離進(jìn)行測(cè)量，并且能夠在- 17dBm的低功率水平下工作。
考慮到系統(tǒng)的通道允許研究小組將其相位響應(yīng)改變90°，他們認(rèn)為他們的方法是成功的。他們相信，未來(lái)他們?cè)O(shè)備的可定制特性將允許開(kāi)發(fā)定制標(biāo)簽，以滿(mǎn)足目標(biāo)應(yīng)用的特定需求。
在生物傳感器方面取得的進(jìn)展
3D打印使集成微流體通道的部件生產(chǎn)成為可能，研究人員越來(lái)越多地使用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)創(chuàng)建具有生物傳感能力的“芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備”。
來(lái)自美國(guó)CCDC士兵中心的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了3D打印傳感器，可用于監(jiān)測(cè)前線士兵的身體健康。這種球形裝置的特點(diǎn)是微流體通道，也可以檢測(cè)紡織品和大氣的惡化。
韓國(guó)成均館大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有了用于個(gè)性化監(jiān)測(cè)應(yīng)用的3D打印可穿戴醫(yī)療生物傳感器。這種靈活、輕便的設(shè)備已經(jīng)證明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)病人的身體應(yīng)變信號(hào)。
美國(guó)克拉克森大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種定制的生物墨水，使他們能夠創(chuàng)建與皮膚兼容的3D打印生物傳感器。這種新設(shè)備可以防止用戶(hù)過(guò)度暴露在太陽(yáng)紫外線照射下。
SUT團(tuán)隊(duì)的研究人員在題為“用于生物傳感應(yīng)用的可3D打印UHF RFID混合液體天線的設(shè)計(jì)(Design of a 3D-printable UHF RFID hybrid liquid antenna for biosensing applications)”的論文中詳細(xì)闡述了他們的發(fā)現(xiàn)。該論文是由Metin Pekgor、Mostafa Nikzad、Reza Arablouei和Syed Masood共同撰寫(xiě)的。
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