مهندسان دانشگاه کالیفرنیا برکلی روش جدیدی برای ساخت حسگرهای پوشیدنی ابداع کرده‌اند که محققان پزشکی را قادر می‌سازد تا طرح‌های جدید را بسیار سریع‌تر و با هزینه کمتری نسبت به روش‌های موجود آزمایش کنند.
طراحی نمونه پروتوتایپ حسگرها ساده و ارزان می‌شود
روش جدید فوتولیتوگرافی، یک فرآیند چند مرحله‌ای است که برای ساخت تراشه‌های کامپیوتری در اتاق‌های تمیز از ان استفاده می‌شود. آن‌ها این فناوری را با یک کاتر وینیل ۲۰۰ دلاری جایگزین می‌کنند.
اندازه یکی از محدودیت‌های کلیدی در ساخت حسگر است. کوچکترین ویژگی‌های قابل اعمال در حسگرها ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرومتر است، فوتولیتووگرافی می‌تواند ویژگی‌هایی را ایجاد کند که ده‌ها میکرومتر عرض دارند. با این فناوری جدید می‌توان ابزاری جایگزین برای فتولیتوگرافی ایجاد کرد.
محققان بر این باورند که این روش می‌تواند روزی به یک ویژگی استاندارد در هر آزمایشگاهی تبدیل شود که حسگرهای پوشیدنی یا بیماری‌های جدید را مطالعه می‌کند. نمونه‌های اولیه را می‌توان با استفاده از نرم‌افزار طراحی به کمک رایانه (CAD) با قدرت بالا یا برنامه‌های ساده‌تر که مخصوص چاپگرهای وینیل ساخته شده‌اند، طراحی کرد. رنزیائو ژو، از محققان این پروژه می‌گوید: «این رویکرد جدید، زمان ساخت دسته‌های کوچک حسگرها را تقریباً ۹۰ درصد کاهش می‌دهد و هزینه‌ها را نیز تقریباً ۷۵ درصد کم می‌کند.»
بسیاری از پژوهشگرانی که در زمینه توسعه تجهیزات فعالیت می‌کنند، تخصصی در زمینه فوتولیتوگرافی ندارند. این روش جدید محققان به آن‌ها این امکان را می‌دهد که طراحی حسگرهای خود را در کامپیوتر انجام دهند و سپس فایل را برای ساخت به دستگاه برش وینیل ارسال کنند. حسگرهای پوشیدنی اغلب توسط محققان برای جمع آوری داده های پزشکی از بیماران در مدت زمان طولانی استفاده می‌شود. آن‌ها از باندهای چسبنده روی پوست گرفته تا ایمپلنت‌های قابل کشش روی اندام‌ها و از حسگرهای پیچیده برای نظارت بر سلامت یا تشخیص بیماری‌ها استفاده می‌کنند. به گفته ژو، مهندسان برای دستیابی به انعطاف پذیری کم کرنش، از ساختار پل جزیره استفاده می‌کنند. این جزایر دارای قطعات الکترونیکی و حسگرهای صلب بوده و در آن‌ها از اجزایی مانند مقاومت‌های تجاری، خازن‌ها و اجزایی مانند نانولوله‌های کربنی استفاده شده است. پل ها جزایر را به یکدیگر متصل می‌کنند. شکل‌های مارپیچی و زیگزاگی آن‌ها مانند فنرها کشیده می‌شوند تا تغییر شکل‌های بزرگ را امکان‌پذیر کنند. ساخت حسگرها با چسباندن ورقه چسب پلی اتیلن ترفتالات (PET) به بستر مایلار (PET دو محوره) شروع می‌شود. ژو گفت که در آینده پلاستیک‌های دیگر نیز به کار گفته می‌شود.
سپس یک کاتر وینیل با استفاده از دو نوع برش به آن‌ها شکل می‌دهد. اولین مورد، برش تونل، تنها از لایه PET بالایی عبور می‌کند، اما بستر مایلار را دست نخورده باقی می‌گذارد. نوع دوم، برش هر دو لایه را حک می‌کند.
این کار برای تولید حسگرهای پل جزیره‌ای کافی است. ابتدا، برش‌های تونلی در لایه PET انجام می‌شود. سپس بخش‌های PET بریده شده، جدا می‌شوند و الگوی اتصالات روی سطح مایلار در معرض دید باقی می مانند.
سپس، کل ورق پلاستیکی با طلا پوشانده می‌شود (فلز رسانای دیگری نیز می‌تواند استفاده شود). لایه PET بالایی باقیمانده جدا می‌شود و یک سطح مایلار با اتصالات به خوبی مشخص شده و همچنین دهانه‌های فلزی و پدهای تماسی در جزایر باقی می‌ماند.
سپس عناصر حسگر به پدهای تماسی متصل می‌شوند. برای دستگاه‌های الکترونیکی مانند مقاومت‌ها، یک خمیر رسانا و یک صفحه حرارتی مشترک برای محکم کردن اتصال استفاده می‌شود. برخی از اجزای سنتز شده در آزمایشگاه، مانند نانولوله‌های کربنی، می‌توانند مستقیماً بدون هیچ گونه حرارتی روی پدها اعمال شوند.
پس از انجام این مرحله، برش وینیل برای حک کردن خطوط حسگر، از جمله مارپیچ، زیگزاگ و سایر ویژگی‌ها استفاده می‌کند.
محققان برای نشان دادن عملکرد این فناوری، انواع مختلفی از عناصر و حسگرهای قابل کشش را توسعه دادند. یکی زیر بینی نصب می‌شود و نفس انسان را بر اساس تغییرات جزئی دما که بین جلو و پشت حسگر ایجاد می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند.
لین گفت: «برای یک حسگر تنفس، لازم نیست ابزار بسیار بزرگی داشته باشید. شما به یک حسگر نازک و انعطاف‌پذیر نیاز دارید، تقریباً مانند نوار زیر بینی خود قرار دهید، تا بتوانید در حالی که سیگنالی را در مدت زمان طولانی ضبط می‌کند، بخوابید.»
ژو گفت: «ما همچنین می‌توانیم با افزودن خازن‌ها یا الکترودها برای اندازه‌گیری الکتروکاردیوگرام، یا شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌هایی با اندازه تراشه برای اندازه‌گیری حرکت، حسگرهای پیچیده‌تری بسازیم.»
