塔夫茨大學工程學院的研究人員開發(fā)了基于生物材料的墨水，通過改變顏色來響應(yīng)和量化從人體（如汗液和潛在的其他生物流體）或周圍環(huán)境中釋放的化學物質(zhì)。這種墨水可以以復(fù)雜的圖案和高分辨率的方式絲網(wǎng)印刷在衣服、鞋子、甚至面罩等紡織品上，提供人類反應(yīng)或暴露的詳細地圖?！禔dvanced Materials》雜志報道的可穿戴傳感方面的進展，可以利用傳統(tǒng)的服裝和制服，同時檢測和量化身體表面的各種生物條件、分子和可能的病原體。

　　“使用新型生物活性油墨與非常常見的絲網(wǎng)印刷方法為大規(guī)模生產(chǎn)具有大量傳感器的柔軟、可穿戴的織物提供了有希望的機會，這些傳感器可以應(yīng)用于檢測一系列條件”通訊作者、塔夫茨工程學院Fiorenzo Omenetto教授說。“這些織物最終可能會出現(xiàn)在工作場所的制服、運動服裝，甚至家具和建筑結(jié)構(gòu)上。”

 

　　可穿戴傳感設(shè)備在監(jiān)測人類表現(xiàn)和健康方面引起了相當大的興趣。許多這樣的設(shè)備已經(jīng)被發(fā)明出來，在可穿戴貼片、腕帶和其他配置中加入電子元件，監(jiān)測局部或整體生理信息，如心率或血糖。塔夫茨團隊的研究采用了一種不同的、互補的方法，使用傳感服裝對理論上非常多的分析物進行非電子、比色檢測，這些服裝可以分布在非常大的區(qū)域：從一個貼片到整個身體，甚至更多。

 

　　使傳感衣服成為可能的成分是生物激活的絲基油墨。這些墨水配方中的可溶性絲基質(zhì)可以通過嵌入各種 “報告”分子進行修飾，如pH敏感指標，或像乳酸氧化酶這樣的酶來指示汗液中的乳酸水平。前者可以是皮膚健康或脫水的指標，而后者可以指示穿著者的疲勞程度。由于絲纖維素蛋白的多功能性，可以通過用化學敏感的染料、酶、抗體等活性分子對其進行修飾，創(chuàng)造出許多其他的墨水衍生物。雖然報告分子本身可能是不穩(wěn)定的，但當它們嵌入墨水配方中的絲纖維素內(nèi)時，它們可以變得穩(wěn)定。

 

　　該油墨是通過與增稠劑（海藻酸鈉）和增塑劑（甘油）相結(jié)合，為絲網(wǎng)印刷應(yīng)用而配制的。絲網(wǎng)印刷生物墨水可以像任何為絲網(wǎng)印刷而開發(fā)的墨水一樣使用，因此不僅可以應(yīng)用在衣服上，還可以應(yīng)用在各種表面，如木材、塑料和紙張上，以產(chǎn)生從數(shù)百微米到數(shù)十米的圖案。雖然油墨所呈現(xiàn)的顏色變化可以為分析物的存在與否提供視覺線索，但使用相機成像分析掃描服裝或其他材料可以收集到更精確的數(shù)量和高分辨率、亞毫米圖譜信息。

 

　　該技術(shù)建立在同一研究人員早先的工作基礎(chǔ)上，開發(fā)了為噴墨打印配制的生物活性絲墨，以創(chuàng)建培養(yǎng)皿、紙傳感器和實驗室手套，可以通過改變顏色來指示細菌污染。

 

　　“絲網(wǎng)印刷的方法提供了相當于擁有一個大型的、多路的傳感器排列，覆蓋了身體的廣泛區(qū)域，如果作為服裝穿戴，甚至是在大的表面，如房間內(nèi)部，”塔夫茨工程學院生物醫(yī)學工程研究助理教授和論文的第一作者Giusy Matzeu說。“結(jié)合圖像分析，我們可以獲得大面積的高分辨率顏色反應(yīng)圖，并對整體生理或環(huán)境狀態(tài)有更深入的了解。理論上，我們可以將這種方法擴展到跟蹤空氣質(zhì)量，或支持流行病學的環(huán)境監(jiān)測。”

 

　　事實上，這種方法使用的是普通的印刷技術(shù)，也為創(chuàng)造性的應(yīng)用開辟了途徑，這一點由最近在塔夫茨大學博士畢業(yè)的Laia Mogas-Soldevila在Omenetto的絲綢實驗室中進行了探索。Mogas-Soldevila制造了美麗的掛毯，在美國和歐洲的博物館中展出。這些展示是互動式的，參觀者可以將不同的、無毒的化學物質(zhì)噴灑到織物上，并觀看圖案的變化。“論文標題為《LargeScale Patterning of Reactive Surfaces for Wearable and Environmentally Deployable Sensors》。”