3D打印

斯威本大学研究人员开发3D打印生物传感混合液体RFID标签

viking666.com   2020年12月14日

  澳大利亚斯威本科技大学(Swinburne University of Technology,简称SUT)的研究人员开发了一种新型3D打印聚合物——液体混合RFID天线。

  该团队的新传感设备利用低成本的FDM制造技术,其特点是微流体通道,可以使用不同的离子流体改变其极化。研究人员专门设计了这种标签用于嵌入式系统中,这可能会成为生物或化学监测应用的理想材料。

SUT团队的混合RFID标签具有集成通道的特点,可以在必要时调整其极化

 

RFID标签的生物传感能力

  RFID设备使用无线电波通过固体表面识别物理对象,典型的配置包括标签,阅读器和一些软件。这项技术广泛应用于供应链和物流,但也越来越多地被用于监测人体健康。

  传统上,RFID标签根据其电源分为无源,有源或半有源,但3D打印为生产传感器带来了新的方法。特别是,一系列新的无源器件的发展使可穿戴生物传感器比以前更具可行性。

  来自加利福尼亚大学的科学家们开发了一种可食用的RFID胶囊,而意大利比萨圣安娜高等研究大学研究了一种能够监测人体内部温度的标签。基于这些想法,SUT团队提出了一个理论,即液体混合天线将提供增强的,更可定制的传感能力。

  3D打印微流体传感器已成为近年来的研究热点丨图片来自明尼苏达大学

微流体RFID设备的研制

  为了制造他们的新设备,SUT团队购买了一个标准的无源RFID标签,并对其进行了修改,使其仅使用芯片和谐振电路。然后使用Solidworks CAD软件设计了一种新的液体天线,以微流体通道为特征,并使用Tractus3D T850系统进行了3D打印。

  理论上,用离子液体填充天线的通道可以根据最终用途调整其灵敏度。为了验证这一假设,研究小组将修改后的天线,芯片及其谐振电路相连,并将其与未修改的RFID标签进行比较,以评估其性能。

  在测试过程中,研究人员的仪器和阅读器之间的辐射距离每十分钟测量一次,而阅读器则会被移动得越来越远。有趣的是,该团队的标签被证明能够从比聚合物更远的距离读取金属表面,尽管结果并不一致。

  研究人员还发现,在设备的通道中注入薄荷油可以创建一个“缓冲区”,最终使研究人员能够改变其极化。总的来说,这种新型传感器能够在900mm以外的最大距离进行测量,并且能够在- 17dBm的低功率水平下工作。

  考虑到系统的通道允许研究小组将其相位响应改变90°,他们认为他们的方法是成功的。他们相信,未来他们设备的可定制特性将允许开发定制标签,以满足目标应用的特定需求。

在生物传感器方面取得的进展

  3D打印使集成微流体通道的部件生产成为可能,研究人员越来越多地使用这项技术来创建具有生物传感能力的“芯片实验室设备”。

  来自美国CCDC士兵中心的科学家开发了3D打印传感器,可用于监测前线士兵的身体健康。这种球形装置的特点是微流体通道,也可以检测纺织品和大气的恶化。

  韩国成均馆大学的一个团队已经有了用于个性化监测应用的3D打印可穿戴医疗生物传感器。这种灵活,轻便的设备已经证明能够实时监测病人的身体应变信号。

  美国克拉克森大学的研究人员开发了一种定制的生物墨水,使他们能够创建与皮肤兼容的3D打印生物传感器。这种新设备可以防止用户过度暴露在太阳紫外线照射下。

  SUT团队的研究人员在题为“用于生物传感应用的可3D打印UHF RFID混合液体天线的设计(Design of a 3D-printable UHF RFID hybrid liquid antenna for biosensing applications)”的论文中详细阐述了他们的发现。该论文是由Metin Pekgor,Mostafa Nikzad,Reza Arablouei和Syed Masood共同撰写的。

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