从捕捉呼吸到指挥生物细胞的运动，3D打印的小型透明导电纤维可用于制造“嗅觉、听觉和触觉”的设备，使其特别适用于物联网、健康监测和生物传感应用。

连接在面罩上的光纤传感器以高灵敏度和响应性检测人体呼吸。

剑桥大学的科学家们利用3D打印（也称为增材制造）的方法制造出电子纤维，每根纤维的直径比人类头发小100倍，制造出的传感器的性能超出了传统薄膜器件。

据《科学进步》杂志报道，纤维印刷技术可用于制造便携式、可穿戴、非接触式呼吸传感器。这种印刷传感器经济、高灵敏度，可以固定在手机上同时获取声音、图像和呼吸模式数据。

该研究的第一作者、剑桥大学工程系的博士生Andy Wang使用光纤传感器测试了面部覆盖物逸出的呼吸水分量，检测模拟咳嗽、快速呼吸和正常呼吸等呼吸状况。

研究人员发现，外科口罩或织物口罩的大部分渗漏来自前部，尤其是在咳嗽时，而N95口罩的大部分渗漏来自侧面和顶部，并配有紧封的装置。不过，这两种面罩，如果正确佩戴，都有助于减少呼出的气流。

与传统的薄膜技术相比，由小的导电纤维制成的传感器特别适用于三维流体和气体的体积传感，但到目前为止，将它们打印并整合到设备中，并进行大规模生产一直是一个挑战。

英国剑桥大学工程系主任研究员黄妍博士和她的合作者3D打印了由银和/或半导体聚合物制成的复合纤维。这种纤维印刷方法产生了一种芯-壳纤维结构，高纯度的导电纤维芯被一层保护聚合物的薄护套覆盖，就像标准电线的结构一样，但直径只有几微米。

除了呼吸传感器，印刷方法还可用于制造与生物细胞相似尺寸的生物相容性纤维，这使它们能够引导细胞的运动，并以电信号的形式“感受”这种动态过程。

此外，这些纤维非常小，肉眼看不见，因此，当它们被用于连接3D中的微小电子元件时，看起来就像电子元件在半空中“漂浮”。

我们的光纤传感器重量轻、价格便宜、体积小、易于使用，因此它们有可能被改造成家庭测试设备，允许公众进行自我管理的测试，以获取有关其环境的信息。

研究人员正期待着开发基于这种纤维印刷方法的多功能传感器，这种方法可能会检测出更多的呼吸种类，用于生物机器接口或移动健康监测应用。

参考文献：Wenyu Wang et al. (2020) Inflight fiber printing toward array and 3D optoelectronic and sensing architectures. Science Advances. https://doi.org/10.1126/sciadv.aba0931。