江蘇鐳射聯盟導讀：
來自愛爾蘭科學基金會(SFI)先進材料和生物工程研究中心Trinity和AMBER的科學家們發現了一種用新材料和高解析度3D列印來製造微小的氣體變色感測器的新方法，或將助力智慧家居以及健康監測的發展。
3D列印的顯微氣體感測器。中間:顯示彩色3D列印感測器的玻璃基板照片。左圖:放大的光學顯微鏡影象，顯示畫素化感測器對不同蒸汽的響應；右圖:畫素化感測器的掃描電子顯微鏡影象，顯示了週期性結構的不同高度。來源：都柏林聖三一學院Trinity College Dublin
該研究團隊在《Journal of Materials Chemistry C》上發表了他們的新研究成果，稱這些列印的感測器反應靈敏，主要是一種顯微光學結構，可以實現實時監控、檢測空氣中某一氣體含量。大多數人的大部分時間都是在家裡、車裡或工作場所，因此廉價而準確地監測汙染物水平已經成為大勢所趨，擁有巨大的市場。這些感測器潛力巨大，可用於連線的低成本家用裝置或整合用於監測人體健康的可穿戴裝置中。
研究設計圖
該文章的主要作者Colm Delaney博士說：“300多年前，Robert Hooke—（曾經用顯微鏡觀察生物，發明了細胞Cell這個詞）首次研究了孔雀翅膀上鮮豔的顏色。幾個世紀後，科學家們才發現這種“發光”的顏色不是由傳統的天然色素造成的，而是由光與羽毛上的微小物體相互作用引起的，這些物體的大小隻有百萬分之幾米。”
來源：百科
“我們借鑑了這種生物設計，從喜鵲到變色龍一路觀察，使用鐳射直寫(DLW)技術來製作一些獨特的材料。利用這種技術我們可將鐳射聚焦到一個非常小的點，然後用實驗室開發的軟聚合物製造三維微小結構。”
光子學教授Louise Bradley補充道: “我們兩個小組開展的研究側重於刺激響應材料中微小結構的設計、建模和製造。我的博士生Jing Qian花了很多時間開發設計，並預測不同結構的反應，從而讓這些結構對光、熱和溼度做出反應，以建立能夠真正重現自然界中的生動性、隱形反應和偽裝能力的系統。這些比雀斑還小的微小反應陣列可以告訴我們它們所處環境的化學成分。”
為什麼微型變色感測器極有價值？雖然傳統的物理感測器支援了生活互聯，但低成本、適應性強的化學感測平臺方面仍存在滯後。光子感測器已取得相當大的進展，因最小的功耗、較低的執行成本和較高的靈敏度，成為了重要替代品。這也正是該感測器商業化的重要體現。
AMBER的Larisa Florea教授說: “我們創造了響應靈敏的3D列印顯微光學結構，可以實時監控，並用於檢測氣體。3D列印的這種光學響應材料可用於家庭裡那些互聯的、低成本感測裝置，或者用於監測分析目標物的可穿戴裝置中。”
“我們的實驗模型顯示，室內汙染物的濃度可能是室外濃度的5-100倍。考慮到世界衛生組織觀察到的世界上90%的人口生活在這種遠超人體可接受的空氣濃度地區時，我們的研究就擁有了獨特的價值。這些汙染物會受到周圍空氣、化學物質、香味、食物質量和人類活動的影響，並對我們的健康產生深遠的影響。而迄今為止的室內氣體感測器幾乎只關注洩漏、煙霧和二氧化碳的檢測。我們的目標是對相對溼度、氧氣水平、二氧化碳、揮發性有機碳(VOCs)和氨等都能做出精確、快速的響應。”
來源：Colm Delaney et al, Direct laser writing of vapour-responsive photonic arrays, Journal of Materials Chemistry C (2021). DOI: 10.1039/D1TC01796A
江蘇鐳射聯盟陳長軍原創作品！
