剑桥大学的研究人员开发了一种生产适应性强且环保的传感器的方法，这些传感器可以直接打印到各种生物表面上而不被察觉。这种方法的灵感来自蜘蛛丝，蜘蛛丝能够适应并粘附于不同的表面。这些“蜘蛛丝”还具有生物电子能力，允许将各种传感功能添加到“网络”中。
这些纤维至少比人类头发小50倍，使其轻巧到研究人员能够直接将其打印在蒲公英的绒毛种子头上而不影响其结构。当打印在人体皮肤上时，纤维传感器能够适应皮肤并显示汗孔，使佩戴者对其存在毫无察觉。将纤维打印在手指上的测试表明，它们可以用于作为连续健康监测设备。
这种增强生物结构的方法低废物和低排放，具有良好的发展前景。研究结果已发表在《自然电子学》杂志上，潜在应用范围广泛，包括医疗保健、虚拟现实、电子纺织品和环境监测。人类皮肤极其敏感，向其添加电子传感器可能会彻底改变我们与环境的互动方式。例如，直接打印在皮肤上的传感器可用于持续健康监测、理解皮肤感觉，或在游戏和虚拟现实中增强“现实”感。这项技术还可以集成到智能手表等可穿戴设备中。尽管可穿戴传感器现在已广泛可得，但它们可能会不舒服、令人困扰，并可能妨碍皮肤的自然感觉。
负责该研究的剑桥大学工程系的黄延显教授强调，设备和生物表面之间的界面对准确感知任何生物表面（如皮肤或叶子）上的信息至关重要。此外，目标是开发对用户不可探测且不干扰其与世界互动的生物电子设备。此外，还旨在创造可持续和低废物的生物电子产品。
目前存在多种生产可穿戴传感器的技术，但这些技术通常不适合创造不可察觉和不突出的设备。使用柔性电子技术可能存在一些缺点。例如，这些电子产品通常是在不允许气体或水分通过的塑料薄膜上制造的，这使其类似于将皮肤用保鲜膜包裹起来。尽管一些研究人员开发了类似人造皮肤的气体渗透柔性电子产品，但它们仍然会干扰正常感觉，并需要耗能和浪费的制造技术。
3D 打印被认为是生物电子产品的另一种潜在选择，认为其比其他生产方法更节约材料。然而，这可能会导致更厚的设备，从而干扰正常行为。由于需要高灵敏度和复杂性，开发微小且对用户不可见的电子纤维一直是一个难题。此外，将这些设备转移到特定对象上也证明是困难的。然而，一个由剑桥大学领导的团队提出了一种新方法，可以通过直接将其打印到表面上，创造出能量适应多种生物表面的先进生物电子产品。该方法部分受到蜘蛛的启发，蜘蛛利用最小的材料构建出适合其环境的强大而复杂的网状结构。这项研究为未来提供了有希望的可能性。
研究人员使用PEDOT:PSS（生物兼容导电聚合物）、透明质酸和聚乙烯氧化物开发了生物电子“蜘蛛丝”。这些纤维是在室温下由水基溶液制成，使研究人员能够控制纤维的“拉伸性”。设计了一种轨道旋转方法，使得纤维能够适应生物表面，包括指纹等微观结构。
在各种表面（如人手指和蒲公英种子头）上对生物电子纤维的测试显示出高质量的传感性能，同时保持不可探测。
“我们独特的旋转方法使生物电子纤维能够在小型和大型尺度上适应各种形状，而无需使用图像识别，”论文的主要作者Andy Wang解释道。“这为创造可持续电子设备和传感器开辟了新的可能性。它提供了一种更简单的方式在大面积上生产传感器。”
通常，高分辨率传感器是使用有毒化学品和复杂的高能耗工艺在专门的洁净室中制造的。而剑桥开发的传感器则可以在任何地方生产，并只需少量能量。这种新型生物电子纤维比传统传感器更节能，而且还可修复。当它们不再有用时，可以轻松清洗掉，产生少于一毫克的废物。相比之下，典型的洗衣负载产生的纤维废物在600至1500毫克之间。黄教授表示，这些传感器几乎可以放置在任何地方，并根据需要进行维修，而无需大型打印机或中心制造设施。它们可以在需求地点按需生产。
研究人员开发的设备可以应用于健康监测、虚拟现实、精准农业和环境监测等广泛领域。他们相信，通过将其他功能材料融入其纤维打印方法，可以创建集成的纤维传感器，能够增强具有显示、计算和能量转换功能的生物系统。该研究正在剑桥企业（University’s commercialization arm）的支持下进行商业化。该研究获得了欧洲研究委员会、威康信托和皇家学会的支持，以及作为英国研究与创新（UKRI）一部分的生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）。
