技術(shù)飛躍 把集成電路打印到紙上

  人類歷史上偉大的技術(shù)進(jìn)步之一就是把文字打印到紙上的能力。而現(xiàn)在，歸功于田納西大學(xué)工程學(xué)院的助理教授Anming Hu, 正是技術(shù)本身被打印到了紙上。

    機(jī)械、航空與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的Hu教授已經(jīng)找到了一種方法，可以把電路打印到紙張上。這一技術(shù)的主要沖擊力體現(xiàn)在：在不久的將來，任何電子設(shè)備的制造成本將大大節(jié)省，而便攜程度也會(huì)顯著增加。

    “能夠設(shè)計(jì)你需要的電路，然后將其打印出來，有了這樣的能力，就可以實(shí)現(xiàn)更迅速及時(shí)的電路設(shè)計(jì)、更簡單的控制以及更低廉的成本，”Hu教授說。“在你需要的時(shí)間打印你需要的電路的能力可以徹底變革很多事物。”

    這一技術(shù)所能帶來的大進(jìn)步之一可能發(fā)生在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。當(dāng)前，不計(jì)其數(shù)的人遭受疾病或者苦痛之折磨，使得他們經(jīng)常需要看醫(yī)生或者進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢測。拿糖尿病患者來說，他們依賴于日常的手指扎針抽血來檢測血糖含量。有了一個(gè)封入不透液體的護(hù)套的紙質(zhì)電路，將來有一天就可以把帶有這樣的紙質(zhì)電路的傳感器植入這些病人體內(nèi)，然后就不僅可以檢測出血糖含量什么時(shí)候偏離正常值，也可以在需要往體內(nèi)注射胰島素的時(shí)候發(fā)出信號(hào)。

    “能夠研發(fā)一個(gè)不透液體的封閉系統(tǒng)，而且有內(nèi)置電源，這樣的能力將會(huì)為很多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之進(jìn)步鋪平道路。”Hu教授表示。“目前，研究的焦點(diǎn)是如何設(shè)計(jì)線路以使電路更小。”

     想要搞明白Hu教授研發(fā)的電路打印系統(tǒng)如何運(yùn)作，簡單的方式就是拿噴墨式打印機(jī)來類比，但是從油墨盒噴出來的卻是液體金屬。Hu教授和他的團(tuán)隊(duì)在測試了三十多種不同材質(zhì)的紙張后，才明白到標(biāo)準(zhǔn)的噴墨打印紙和其他任何紙張同樣有效，而且相對(duì)來說也便宜。另一方面，他們所使用的金屬也普通不過了。“我們利用銀塊來制作納米線，”Hu教授說。“相比制作電子線路的‘常態(tài)’方式，銀依然非常便宜，而且遠(yuǎn)比銅耐用，因?yàn)殂~很容易氧化。”Hu教授和他的團(tuán)隊(duì)有能力把紙一樣薄的電路折疊5,000次，而絲毫不損壞其很高程度的功能性，也不用擔(dān)心制成品的耐用性。

    雖然這樣的電路的常態(tài)的影響力可能體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)使用上，但是其靈活性和易于使用性則意味著，凡是電子產(chǎn)品，都可能從中受益。“從長遠(yuǎn)來看，這一技術(shù)的全球推廣使用將推動(dòng)發(fā)展進(jìn)程，”Hu教授說。“但就目前而言，我們將專注于提高改進(jìn)這一新類型的打印技術(shù)的運(yùn)作機(jī)制，研發(fā)多重噴打印。”

     而在另一篇文章《紙質(zhì)電子技術(shù)可能讓醫(yī)學(xué)治療更廉價(jià)》中，也提到了這一技術(shù)，全文如下：

     將來，紙面上的電子傳感器大有可能大幅削減很多醫(yī)療器械的價(jià)格，從機(jī)器人幫手到診斷檢驗(yàn)工具。通過直接把導(dǎo)電墨水打印到紙上，科學(xué)家如今已經(jīng)發(fā)展出了一種更快、成本更低的方式來制造傳感器。他們的研究成果發(fā)表在美化學(xué)學(xué)會(huì)（American Chemical Society）的雜志Applied Materials & Interfaces上面。

    Anming Hu教授及其同事指出，因?yàn)榧垙堅(jiān)谑澜绶秶鷥?nèi)易于獲取，價(jià)格低廉，使其成為輕微的、可折疊的電子元件的極佳載體，而且?guī)缀蹩梢栽谌魏蔚胤街圃?，在任何地方使用。其?shí)之前，科學(xué)家就已經(jīng)制造出了基于紙張的即時(shí)診斷工具和便攜的DNA檢測器。但是，這些儀器需要既復(fù)雜又昂貴的制造技術(shù)。銀質(zhì)的納米線墨水高度導(dǎo)電而且穩(wěn)定，提供了一個(gè)更實(shí)際的解決方案。Hu教授和他們團(tuán)隊(duì)希望研發(fā)出一種技術(shù)，直接把金屬墨水打印到紙面來制作傳感器，而這樣的傳感器又可以對(duì)碰觸或者諸如葡萄糖等特定分子作出回應(yīng)。

    研究人員開發(fā)了一個(gè)打印系統(tǒng)，能到在短短幾分鐘內(nèi)把一個(gè)銀質(zhì)墨水圖案打印到紙上，然后用照相機(jī)閃光燈照射使其變硬。即使被彎曲，被反復(fù)折疊展開15次，被反復(fù)卷曲鋪開5,000次，打印出來的傳感器還是可以對(duì)碰觸作出回應(yīng)。該團(tuán)隊(duì)后得出結(jié)論，他們打印的既耐用又輕微的傳感器可以應(yīng)用于很多應(yīng)用軟件上。