生物降解性材料印刷兆級傳感器已獲突破

寂靜天花板

從藥片到植物種子，“兆級傳感器（trillionsensor）”可獲得所有物體的信息。業內一直在尋找為可大量且低成本生產兆級傳感器的技術，最終將目光投向了印刷技術。但是如果在藥片和食品中內置傳感器，或者在醫療領域應用傳感器，當傳感器進入人體內以后，需要能溶解并排出體外，因此需要開發能夠在生物降解性材料上使用的印刷技術。最近，日本產業技術綜合研究所與美國加州大學圣地亞哥分校（UCSD）合作開發出了利用印刷技術在生物降解性材料基板上形成電子布線的技術。   
! x! z: d. A) _" v    向模子中澆注揮發性油墨
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            此次開發的印刷技術需要結合油墨和模子使用。在基板上形成布線時，要向模子內注入導電性油墨。需要解決的的問題是，即使向模子注入油墨，有時也會因為沒有縫隙而進不去，油墨也不能從模子上徹底地剝離。

' Z/ A1 h5 C* M0 W' f            于是，UCSD教授、雅各布工程學院院長AlbertP.Pisano此次在油墨和模子上想辦法。油墨是揮發性的，揮發后氣體可以從模子中跑掉。而模子采用的是不通液體、只通氣體的材料。其結果是，油墨在彎月面力作用下進入模子，隨著油墨揮發、氣體排去，油墨如同被吸入模子一般，這樣就不會出現上述問題。

( x$ L" L$ s2 B. V8 ]% i    用有使用經驗的生物降解性材料進行驗證
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3 d# w9 r4 S* c$ g! C            研究人員將這種印刷方法應用在了生物降解性材料的基板上。生物降解性材料選擇的是聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚己內酯（PCL）、聚羥基丁酸酯（PHB）、聚乳酸羥基乙酸（PLGA）、羥基丁酸-羥基戊酸共聚酯（PHBV）等已在醫療領域采用的普通材料。
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& J, R6 B& ?/ k$ l4 G8 R8 P  E            這些材料大多表面有微細的凹凸，在其上采用上述的印刷方法時，有可能出現漏油墨或油墨不緊貼基板等現象。產綜研研究所制造技術研究部門兆級傳感器研究組組長寺崎正優化了將模子按在基板上的壓力。經試驗，在PLA及PHBV等材料上形成20幾μm寬的金屬布線后，沒有發現漏油墨及剝離等現象。另外，還發現生物降解性材料的功能也未受影響，成功得到分解。
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" n$ H; O% t; Y, o3 q    目標單價0.0001美元
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6 J7 K/ m3 x$ i8 C. J6 W: g            兆級傳感器是由美國提出的概念。這個概念是美國企業家JanuszBryzek為了在實現了每年使用超過1萬億個傳感器的現象以后，為解決社會課題而提出的。Pisano很早就贊同這一概念，一直推進這方面的研究。
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! J8 ~) l: A( |  K% `, ]            Bryzek等人的目標是實現傳感器的大量生產和大幅降低傳感器的成本。用于檢測食品新鮮度及檢測飲用時間時，傳感器的目標單價是0.001美元。用于植物生長管理時，在每粒種子上配備的傳感器目標單價為0.0001美元。現有的Si傳感器很難降到如此低的價格。通過采用印刷方法，傳感器的成本將比Si傳感器降低兩位數。
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3 v. ]  A5 A) q6 V% |& ?6 ~/ R/ E/ j            產綜研的寺崎非常贊同兆級傳感器的概念，加入了Pisano的研究室。并且，共同研究此次的制造方法長達數月。他回到產綜研后，于2015年4月成立了兆級傳感器研究組，并擔任組長。

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