弗吉尼亞理工大學(xué)開(kāi)發(fā)3D打印傳感器可實(shí)現(xiàn)早期奶牛產(chǎn)乳熱檢測(cè)

2025年1月8日，南極熊獲悉，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的3D打印傳感器技術(shù)，有望改變奶牛產(chǎn)乳熱的診斷方法。產(chǎn)乳熱是奶牛養(yǎng)殖業(yè)中普遍存在的健康問(wèn)題，對(duì)奶牛的健康及農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)收益造成嚴(yán)重影響。該疾病不僅影響奶牛的生理功能，還會(huì)導(dǎo)致牛奶產(chǎn)量下降，給奶牛場(chǎng)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，奶農(nóng)們面臨診斷產(chǎn)乳熱的難題，因?yàn)檫@種疾病的典型癥狀往往難以察覺(jué)。然而，弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家們利用增材制造技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出一種能夠在短短十秒內(nèi)檢測(cè)出奶牛是否患有產(chǎn)乳熱的傳感器。這項(xiàng)研究的成果為農(nóng)業(yè)和動(dòng)物健康領(lǐng)域帶來(lái)了一種可持續(xù)的解決方案。

△3D打印傳感器可以輕松集成到擠奶系統(tǒng)中，并快速準(zhǔn)確地分析牛奶樣本中的鈣和磷酸鹽含量，以便在早期檢測(cè)出乳熱

3D打印傳感器快速檢測(cè)乳熱的早期跡象

傳感器的核心功能是測(cè)量牛奶樣本中鈣和磷酸鹽的濃度。它采用聚合物樹(shù)脂3D打印技術(shù)制造，使得研究人員能夠以低成本和高靈活性生產(chǎn)這種傳感器。生產(chǎn)過(guò)程包括逐層打印和紫外線固化以形成微觀表面結(jié)構(gòu)，并使用電子束蒸發(fā)鍍金。微觀波紋表面具有高靈敏度，傳感器結(jié)構(gòu)總共包含三個(gè)電極，其中兩個(gè)用作工作電極。

△研究題目為“采用3D打印多路復(fù)用傳感結(jié)構(gòu)的阿托摩爾敏感型牛奶熱傳感器”（傳送門(mén)）

這些傳感器涂有鈣和磷酸鹽離子選擇性膜。傳感器能夠檢測(cè)阿摩爾范圍內(nèi)的離子濃度（即鈣離子濃度為138 aM）尤為重要。這使得在出現(xiàn)更嚴(yán)重的癥狀之前，即使是輕微的產(chǎn)奶熱癥狀也能被檢測(cè)到。

△使用基于擠壓技術(shù)的3D打印機(jī)制造傳感器

3D打印傳感器的推出帶來(lái)了諸多顯著優(yōu)勢(shì)，其中成本效益尤為突出。傳統(tǒng)診斷工具往往價(jià)格不菲且操作復(fù)雜，相比之下，新開(kāi)發(fā)的傳感器不僅生產(chǎn)成本低廉，而且僅需兩小時(shí)即可完成制作。它的使用不需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這大大降低了操作門(mén)檻，使得更多養(yǎng)殖戶(hù)能夠負(fù)擔(dān)并使用這項(xiàng)技術(shù)。

此外，這種傳感器對(duì)于推動(dòng)可持續(xù)畜牧業(yè)的發(fā)展具有重要作用。它通過(guò)快速準(zhǔn)確地現(xiàn)場(chǎng)診斷，有效地監(jiān)測(cè)奶牛的健康狀況，從而最大程度地減少經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，這種傳感器的擴(kuò)展性很強(qiáng)，未來(lái)有望通過(guò)測(cè)量牛奶樣本中的其它生物標(biāo)志物來(lái)檢測(cè)其它動(dòng)物疾病，進(jìn)一步提升畜牧業(yè)的健康管理能力。