將芯片“印”在可穿戴設備上，貼合于人體皮膚，實現身體數據讀取、精確慢性病預防。 《中國科學報》獲悉，近日，武漢科技大學團隊自主研發的“多材料微納米級原位嵌入式芯片打印技術”，突破了壓變傳感器芯片的傳統制造工藝局限，獲得3項專利。
團隊正在調整建模。武漢科技大學供圖
慢性病是心腦血管疾病、糖尿病等長期持續或反復發作的疾病。在我國，慢性病患者數量龐大，其死亡率超80%。可穿戴設備監測傳感器是慢性病診療的低成本重要手段。然而，傳統可穿戴設備將電路“貼”在柔性基底上，在柔性和剛性組件的連接處會產生應力集中，經常導致穿戴過程中設備失效，難以滿足長時間佩戴的需求。
“我們身邊的親人因現有檢測設備吃了不少苦頭，我們想利用3D打印技術‘定制化’的特點，做出一體化成形、更舒適、準確的設備。”團隊負責人朱佳欣介紹說。
該芯片打印技術的關鍵，在于團隊自主設計和開發的墨水直寫噴頭和氣泵微米級液滴蠕動均勻控制系統。該部件經過實驗室測試和第三方檢測公司測試，實現電子材料與柔性基質的50微米高精度混合打印，相當于頭發直徑的二分之一，從而打印出均勻和更小尺寸的電路，提升了芯片中復雜電路集成度和壓變測量值的準確性。
團隊創新性設計出可調波長紫外固化光路及其控制系統，實現了柔性材料墨水的及時固化。這些墨水好似“膠水”，在紫外燈照射下迅速固化變干。針對每一種墨水，系統可自動計算出適合的光吸收波長，并精準調節光路裝置，使墨水迅速固化。經反復實驗，該設備可以實現三種以上墨水的使用，使墨水固化速度提升3倍，提高了芯片材料的韌性和耐久性。
該3D打印機采用五軸運動機構，實現無支撐、柔性-剛性材料的“嵌入式”打印。團隊還自主開發二維到三維曲面映射的共形切片系統，實現層間錯位打印誤差小于10微米，進一步提升傳感器中材料的貼合性和舒適性。
在進行慢性阻塞性肺病監測時，團隊制作的穿戴設備壽命達10000小時，肺功能監測準確率為82.5%。當前，團隊已與產業進行學研合作，簽訂了3家成果轉化合同。
該3D打印機歷經兩年共四次迭代更新，制作出可適配不同慢性病的“貼身管家”，具有廣泛應用前景。3D打印領域權威專家史玉生、張海鷗評價該項目，稱其具有重要的科學意義與應用價值。
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