作為一個皮膚非常白的人，與曬傷的斗爭是很真實的，正如克拉克森大學的研究人員所解釋的那樣，在美國，每年大約有170萬新的皮膚癌病例被診斷出是由太陽的紫外線（UV）輻射引起的。
但是，這并不意味著我們需要在夏季躲藏在黑暗中，因為大多數紫外線輻射只是間歇性的。但是我們仍然需要采取預防措施以防曬傷，這通常意味著經常涂抹大量的防曬霜。但是，該研究團隊可能有更好的解決方案，它涉及3D打印可穿戴技術，該技術過去已用于醫療保健監控應用程序。
Silvana Andreescu，克拉克森化學與生物分子科學教授兼Egon Matijevic特聘教授以及她實驗室的兩名成員，研究生Abraham Finny和本科生Cindy Jiang，發表了一篇論文，介紹了他們在開發基于水凝膠的3D打印非膠粘劑方面的工作。有毒的傳感器，可以通過指示意外暴露于有害的紫外線中來防止曬傷。
摘要指出：“暴露于過度的紫外線（UV）會對人體健康造成不利影響。廉價，易于使用的用于監視UV輻射的傳感器可以進行紫外線暴露的大規模評估，但是其實現需要能夠快速，經濟地大規模制造這些傳感器的技術。在此，我們報告了一種新穎的三維（3D）打印程序和可打印的油墨組合物，它們可產生堅固，靈活且可穿戴的UV傳感器。”
研究人員同時也是3D生物打印公司Allevi的子公司，他們認為擁有一種小型，廉價的方法來提供UV光檢測將是一件很不錯的事，他們開發了一種定制的生物墨水，可以將其3D打印到具有生物相容性的UV傳感器中，因此安全地戴在皮膚上，并且可生物降解。
Andreescu解釋說：“由于3D打印機變得便宜且易于使用，我們決定探索3D生物打印的功能來制造這些可穿戴的紫外線響應傳感器。”
他們使用3D生物打印技術制作了功能穩定，機械穩定，可穿戴的傳感器，從而實現了一步可重復的制造。為了形成一種復合油墨，該團隊將10％的明膠和8％的藻酸鹽混合在一起，但主要的光敏成分是普通的氧化鈦粉末，當暴露于UV輻射時會釋放電子并改變顏色……類似于變色紋身。
“為了制造傳感器，首先開發了變色水凝膠墨水，從中可以獨立構造3D打印。該油墨包含藻酸鹽，明膠，光敏性二氧化鈦納米粒子和染料（甲基橙，亞甲基藍和孔雀石綠），其中納米粒子用于引發染料的光催化降解，導致染料變色。
“對粘度和墨水成分進行了優化，以實現可打印性并調整傳感器的機械性能（例如，模量，硬度）。”
示意圖說明了將生物打印與常規3D打印集成在一起的概念證明。設計了作為傳感器支架的3D可打印模型（A），并在Ultimaker 3打印機中使用藍色PLA燈絲將其打印為藍色手鐲（B）。
通過提供用于傳感器集成的空間，進一步調整了模型以將傳感器容納在中心，并使用粉紅色PLA燈絲進行打印。然后將單個傳感器模型（C）3D生物打印在3D打印手鐲的頂部，以得到最終的手鐲，傳感器集成在中心（E）。然后將帶有傳感器的手鐲暴露在紫外線下以測試性能，并獲得降解曲線（F）。在整個紫外線曝光測試中，傳感器始終固定在3D打印手鐲上，并保持出色的穩定性。
研究人員在測試過程中使用了多種有色染料，例如孔雀石綠和甲基橙，并說他們的生物油墨具有“出色的3D打印性能”，因為它在包封氧化鈦和染料顆粒時表現出剪切稀化行為，因此可以很好地擠出并在打印后保持補丁形狀。明膠在冷時會與藻酸鹽形成部分化學交聯，而藻酸鹽仍保持“可通過陽離子部分交聯”，這使油墨更具適應性。
為了證明干燥傳感器的出色機械性能，對75 x 25 x 0.5mm的薄膜進行3D打印并干燥。然后，該樂隊受到各種機械力的影響，以了解其反應。在每側以90°角彎曲50次并在每側扭曲50次后，表帶沒有變形。在這些測試之前和之后對這些帶進行拉伸測試。即使沿帶的長度施加100 N的單軸力，帶也不會單軸斷裂或變形。
此外，研究小組報告說3D打印構造中的顏色變化是可預測的。當氧化鈦被激發時，水凝膠中的一系列還原-氧化反應將開始，最終使所含的有機分子降解。由于水凝膠可容納足夠的染料，二氧化鈦和水，因此這些變化是可見的，并允許足夠的紫外線穿透以“及時”完成反應。當研究人員在戶外測試他們的3D打印可穿戴式傳感器時，他們觀察到顏色強度的下降與曝光時間的長短相匹配。
將10 x 10毫米見方的傳感器3D打印在透明的壓敏包裝帶（A，D）上，將傳感器粘貼到受試者手背上后進行室外測試（B）一小時。然后，受試者在大學校園內散步以模仿現實生活中的使用。一小時結束時，明顯觀察到比色變化（C，E）。應當注意的是，隨著對象走過僅隨機暴露于紫外線輻射的區域，傳感器在整個一小時中都不會始終暴露在陽光下。
來源：白令三維
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