弗吉尼亞理工大學開發(fā)3D打印傳感器可實現(xiàn)早期奶牛產乳熱檢測

2025年1月8日，南極熊獲悉，弗吉尼亞理工大學的研究團隊最近開發(fā)了一種創(chuàng)新的3D打印傳感器技術，有望改變奶牛產乳熱的診斷方法。產乳熱是奶牛養(yǎng)殖業(yè)中普遍存在的健康問題，對奶牛的健康及農場的經濟收益造成嚴重影響。該疾病不僅影響奶牛的生理功能，還會導致牛奶產量下降，給奶牛場帶來顯著的經濟損失。

目前，奶農們面臨診斷產乳熱的難題，因為這種疾病的典型癥狀往往難以察覺。然而，弗吉尼亞理工大學的科學家們利用增材制造技術，成功開發(fā)出一種能夠在短短十秒內檢測出奶牛是否患有產乳熱的傳感器。這項研究的成果為農業(yè)和動物健康領域帶來了一種可持續(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，并快速準確地分析牛奶樣本中的鈣和磷酸鹽含量，以便在早期檢測出乳熱

3D打印傳感器快速檢測乳熱的早期跡象

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

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

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

△使用基于擠壓技術的3D打印機制造傳感器

3D打印傳感器的推出帶來了諸多顯著優(yōu)勢，其中成本效益尤為突出。傳統(tǒng)診斷工具往往價格不菲且操作復雜，相比之下，新開發(fā)的傳感器不僅生產成本低廉，而且僅需兩小時即可完成制作。它的使用不需要專業(yè)知識，這大大降低了操作門檻，使得更多養(yǎng)殖戶能夠負擔并使用這項技術。

此外，這種傳感器對于推動可持續(xù)畜牧業(yè)的發(fā)展具有重要作用。它通過快速準確地現(xiàn)場診斷，有效地監(jiān)測奶牛的健康狀況，從而最大程度地減少經濟損失。同時，這種傳感器的擴展性很強，未來有望通過測量牛奶樣本中的其它生物標志物來檢測其它動物疾病，進一步提升畜牧業(yè)的健康管理能力。