作为一个皮肤非常白的人，与晒伤的斗争是很真实的，正如克拉克森大学的研究人员所解释的那样，在美国，每年大约有170万新的皮肤癌病例被诊断出是由太阳的紫外线（UV）辐射引起的。

但是，这并不意味着我们需要在夏季躲藏在黑暗中，因为大多数紫外线辐射只是间歇性的。但是我们仍然需要采取预防措施以防晒伤，这通常意味着经常涂抹大量的防晒霜。但是，该研究团队可能有更好的解决方案，它涉及3D打印可穿戴技术，该技术过去已用于医疗保健监控应用程序。

Silvana Andreescu，克拉克森化学与生物分子科学教授兼Egon Matijevic特聘教授以及她实验室的两名成员，研究生Abraham Finny和本科生Cindy Jiang，发表了一篇论文，介绍了他们在开发基于水凝胶的3D打印非胶粘剂方面的工作。有毒的传感器，可以通过指示意外暴露于有害的紫外线中来防止晒伤。

摘要指出：“暴露于过度的紫外线（UV）会对人体健康造成不利影响。廉价，易于使用的用于监视UV辐射的传感器可以进行紫外线暴露的大规模评估，但是其实现需要能够快速，经济地大规模制造这些传感器的技术。在此，我们报告了一种新颖的三维（3D）打印程序和可打印的油墨组合物，它们可产生坚固，灵活且可穿戴的UV传感器。”

研究人员同时也是3D生物打印公司Allevi的子公司，他们认为拥有一种小型，廉价的方法来提供UV光检测将是一件很不错的事，他们开发了一种定制的生物墨水，可以将其3D打印到具有生物相容性的UV传感器中，因此安全地戴在皮肤上，并且可生物降解。

Andreescu解释说：“由于3D打印机变得便宜且易于使用，我们决定探索3D生物打印的功能来制造这些可穿戴的紫外线响应传感器。”

他们使用3D生物打印技术制作了功能稳定，机械稳定，可穿戴的传感器，从而实现了一步可重复的制造。为了形成一种复合油墨，该团队将10％的明胶和8％的藻酸盐混合在一起，但主要的光敏成分是普通的氧化钛粉末，当暴露于UV辐射时会释放电子并改变颜色……类似于变色纹身。

“为了制造传感器，首先开发了变色水凝胶墨水，从中可以独立构造3D打印。该油墨包含藻酸盐，明胶，光敏性二氧化钛纳米粒子和染料（甲基橙，亚甲基蓝和孔雀石绿），其中纳米粒子用于引发染料的光催化降解，导致染料变色。

“对粘度和墨水成分进行了优化，以实现可打印性并调整传感器的机械性能（例如，模量，硬度）。”

示意图说明了将生物打印与常规3D打印集成在一起的概念证明。设计了作为传感器支架的3D可打印模型（A），并在Ultimaker 3打印机中使用蓝色PLA灯丝将其打印为蓝色手镯（B）。

通过提供用于传感器集成的空间，进一步调整了模型以将传感器容纳在中心，并使用粉红色PLA灯丝进行打印。然后将单个传感器模型（C）3D生物打印在3D打印手镯的顶部，以得到最终的手镯，传感器集成在中心（E）。然后将带有传感器的手镯暴露在紫外线下以测试性能，并获得降解曲线（F）。在整个紫外线曝光测试中，传感器始终固定在3D打印手镯上，并保持出色的稳定性。

研究人员在测试过程中使用了多种有色染料，例如孔雀石绿和甲基橙，并说他们的生物油墨具有“出色的3D打印性能”，因为它在包封氧化钛和染料颗粒时表现出剪切稀化行为，因此可以很好地挤出并在打印后保持补丁形状。明胶在冷时会与藻酸盐形成部分化学交联，而藻酸盐仍保持“可通过阳离子部分交联”，这使油墨更具适应性。

为了证明干燥传感器的出色机械性能，对75 x 25 x 0.5mm的薄膜进行3D打印并干燥。然后，该乐队受到各种机械力的影响，以了解其反应。在每侧以90°角弯曲50次并在每侧扭曲50次后，表带没有变形。在这些测试之前和之后对这些带进行拉伸测试。即使沿带的长度施加100 N的单轴力，带也不会单轴断裂或变形。

此外，研究小组报告说3D打印构造中的颜色变化是可预测的。当氧化钛被激发时，水凝胶中的一系列还原-氧化反应将开始，最终使所含的有机分子降解。由于水凝胶可容纳足够的染料，二氧化钛和水，因此这些变化是可见的，并允许足够的紫外线穿透以“及时”完成反应。当研究人员在户外测试他们的3D打印可穿戴式传感器时，他们观察到颜色强度的下降与曝光时间的长短相匹配。

将10 x 10毫米见方的传感器3D打印在透明的压敏包装带（A，D）上，将传感器粘贴到受试者手背上后进行室外测试（B）一小时。然后，受试者在大学校园内散步以模仿现实生活中的使用。一小时结束时，明显观察到比色变化（C，E）。应当注意的是，随着对象走过仅随机暴露于紫外线辐射的区域，传感器在整个一小时中都不会始终暴露在阳光下。

来源：白令三维

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