3-D打印传感器可以用来糖尿病的呼气测试

高灵敏度传感器的生产是一个复杂的过程：它需要许多步骤，并且需要几乎无尘的特殊洁净室环境。来自基尔大学（CAU）的材料科学和摩尔多瓦技术大学的生物医学工程的研究小组开发出一种方法，可以使用3D打印来生产极其灵敏且节能的传感器。研究团队最近在著名的《Nano Energy》期刊上发表了其研究结果。

这种简单且经济高效的生产方法也适用于工业生产。新型传感器能够使用纳米级的特殊结构精确地测量丙酮蒸气的浓度。由于呼吸中的丙酮浓度与血糖水平相关，因此研究小组希望迈出一步，为糖尿病患者提供呼气测试，以代替每天用手指点刺检查血糖的水平。

在高分辨率电子显微镜下可以看到新传感器的特殊表面：像丙酮这样的气体分子特别容易缠结在直径仅为20纳米的纳米线丛中。纳米线丛增加了传感器表面积的尺寸，因此产生了很高的灵敏度。CAU功能纳米材料工作组的博士研究员伦纳德·西伯特（Leonard Siebert）解释说：“为了制造这种特殊的结构，我们加热了简单的金属微粒，直到其上形成许多细的纳米线丛。使用特殊开发的墨水，我们可以使用3-D打印机将这些微粒精确地施加到各种表面上。”。作为，他正在研究3D打印等添加剂生产技术。

由于其特殊的AD8574AR传感器概念，研究中介绍的自动3-D打印过程可以在正常的环境空气中进行。这样，在几分钟之内可以同时创建多个传感器，而过去在无尘室中要花费几个小时。起始材料也可以有针对性地变化，改变尺寸和结构，并能够检测某种气体。基尔大学工作组负责人雷纳·阿德隆（Rainer Adelung）教授说：“这仍然是基础研究，不过是最重要的基础，但是将来可以将这一原理用于开发氢气或其他爆炸性和有害气体的传感器。”

作为传感器原材料的金属颗粒必须具有一定的尺寸，以形成特殊的金属丝和纳米针丛。摩尔多瓦技术大学生物医学工程学的Oleg Lupan博士解释说：“表面和体积之间正确的比例至关重要。较小的颗粒可以使用已有的技术（例如喷雾或真空蒸发系统）轻松地将其应用于表面，此处使用的微粒对于已有技术来说太大了。”材料科学家西伯特说：“基于这个原因，我们考虑使用3D打印机来添加微粒。摩尔多瓦技术大学的同事在材料和设备方面的知识以及我们在纳米材料和3-D打印方面的经验在这里完美地互补。”

当有机分子与成品传感器中的众多导线相遇时，它们彼此之间会发生强烈反应。这样，它们会改变传感器的电阻并释放出清晰可测的信号。但是，原则上，只有极少量的电流通过细线。“因此我们的传感器仅消耗很少的能量，” Lupan解释道。“这也使小型便携式测量设备成为可能，例如可以通过智能手机直接读取。”

研究人员希望这些传感器将来可以用于糖尿病患者的移动便携式呼气测试中。糖尿病患者不必每天针刺手指几次来检查血糖水平，而是直接测量其呼气中的丙酮含量。当缺乏胰岛素时会产生新陈代谢产物，并通过呼吸释放出来。研究报告称，高度灵敏的传感器可以确定丙酮值低于1 ppm（每百万个空气分子中的颗粒数），而I型或II型糖尿病患者的呼吸中丙酮含量超过2 ppm。