生物降解性材料印刷兆级传感器已获突破

寂静天花板

从药片到植物种子，“兆级传感器（trillionsensor）”可获得所有物体的信息。业内一直在寻找为可大量且低成本生产兆级传感器的技术，最终将目光投向了印刷技术。但是如果在药片和食品中内置传感器，或者在医疗领域应用传感器，当传感器进入人体内以后，需要能溶解并排出体外，因此需要开发能够在生物降解性材料上使用的印刷技术。最近，日本产业技术综合研究所与美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）合作开发出了利用印刷技术在生物降解性材料基板上形成电子布线的技术。   
    向模子中浇注挥发性油墨
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% P& I$ i9 `5 C            此次开发的印刷技术需要结合油墨和模子使用。在基板上形成布线时，要向模子内注入导电性油墨。需要解决的的问题是，即使向模子注入油墨，有时也会因为没有缝隙而进不去，油墨也不能从模子上彻底地剥离。

+ w' p8 `6 W. b4 p5 G0 B            于是，UCSD教授、雅各布工程学院院长AlbertP.Pisano此次在油墨和模子上想办法。油墨是挥发性的，挥发后气体可以从模子中跑掉。而模子采用的是不通液体、只通气体的材料。其结果是，油墨在弯月面力作用下进入模子，随着油墨挥发、气体排去，油墨如同被吸入模子一般，这样就不会出现上述问题。
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) n- L) v1 P  i; d    用有使用经验的生物降解性材料进行验证

4 B( ]9 F$ _9 ]- l3 b6 d5 n            研究人员将这种印刷方法应用在了生物降解性材料的基板上。生物降解性材料选择的是聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚己内酯（PCL）、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚乳酸羟基乙酸（PLGA）、羟基丁酸-羟基戊酸共聚酯（PHBV）等已在医疗领域采用的普通材料。
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8 a5 F- e+ V, R/ O/ z9 d            这些材料大多表面有微细的凹凸，在其上采用上述的印刷方法时，有可能出现漏油墨或油墨不紧贴基板等现象。产综研研究所制造技术研究部门兆级传感器研究组组长寺崎正优化了将模子按在基板上的压力。经试验，在PLA及PHBV等材料上形成20几μm宽的金属布线后，没有发现漏油墨及剥离等现象。另外，还发现生物降解性材料的功能也未受影响，成功得到分解。
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+ T5 U2 [/ A! ~% t! v# B    目标单价0.0001美元
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- r1 a: g" N! Y+ U+ A            兆级传感器是由美国提出的概念。这个概念是美国企业家JanuszBryzek为了在实现了每年使用超过1万亿个传感器的现象以后，为解决社会课题而提出的。Pisano很早就赞同这一概念，一直推进这方面的研究。

            Bryzek等人的目标是实现传感器的大量生产和大幅降低传感器的成本。用于检测食品新鲜度及检测饮用时间时，传感器的目标单价是0.001美元。用于植物生长管理时，在每粒种子上配备的传感器目标单价为0.0001美元。现有的Si传感器很难降到如此低的价格。通过采用印刷方法，传感器的成本将比Si传感器降低两位数。
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            产综研的寺崎非常赞同兆级传感器的概念，加入了Pisano的研究室。并且，共同研究此次的制造方法长达数月。他回到产综研后，于2015年4月成立了兆级传感器研究组，并担任组长。

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