Ifølge udenlandske medierapporter demonstrerede forskere fra Rice University for nylig et tøj med kulstofnanorør, der kontinuerligt kan overvåge bærerens hjerte. Der er ingen grund til at bære et ubehageligt smartwatch eller brystrem for at overvåge dit hjerte, hvis dit behagelige tøj gør et bedre stykke arbejde. Det er ideen bag "smart tøj" udviklet af et Rice University-laboratorium, der bruger sine ledende nanotråde til at væve funktionalitet ind i almindeligt tøj.
Matteo Pasquali, en kemisk og biomolekylær ingeniør ved skolens Brown School of Engineering, rapporterer i Nano Letters, et tidsskrift fra American Chemical Society, at det syede nanorørfibre ind i sportstøj for at overvåge puls og udføre kontinuerlig elektrokardiografisk overvågning af bæreren. .
Ifølge forskerne er fibrene lige så ledende som metaltråde, men er vaskbare, komfortable og meget mindre tilbøjelige til at gå i stykker, når kroppen er i bevægelse. Samlet set var deres forbedrede beklædningsgenstande bedre til at indsamle data end standard brystbæltemonitorer, der tog feltmålinger i eksperimenterne. Når de blev matchet med kommercielle medicinske elektrodemonitorer, klarede kulstofnanorørbeklædningen sig lidt bedre på EKG'er.
"Tøjet skulle sidde tæt mod brystet," sagde Rice-kandidatstuderende Lauren Taylor, hovedforfatter af undersøgelsen. "I fremtidig forskning vil vi fokusere på at bruge tættere blokke af kulstofnanotråde, så der er mere overfladeareal til at komme i kontakt med huden."
Forskerne påpeger, at nanorørfibrene er bløde og elastiske, og tøj, der indeholder dem, kan maskinvaskes. Disse fibre kan maskinsyes på stoffet som standardtråd. Zigzag-syningsmønsteret gør det muligt for stofferne at strække sig uden at bryde dem.
Fibrene giver ikke kun en stabil elektrisk kontakt med bærerens hud, sagde Taylor, men fungerer også som elektroder til at forbinde elektroniske enheder såsom Bluetooth-sendere, videresende data til smartphones eller oprette forbindelse til Holter-skærme, der kan passe i brugerens lomme. apparat.
Pasqualis laboratorium introducerede kulstofnanorørfibre i 2013. Siden da er fibre, der indeholder titusindvis af milliarder nanorør, hver især blevet undersøgt for at reparere broer i beskadigede hjerter, som elektriske grænseflader til hjernen, til cochlearimplantater, som fleksible antenner og til bil- og rumfartsapplikationer. Deres udvikling er også en del af Rice-baserede Carbon Center, et multi-universitets forskningsinitiativ ledet af Rice og lanceret i 2019.
De oprindelige nanorørsfilamenter var omkring 22 mikron brede, for tynde til, at en symaskine kunne håndtere. En rebproducent blev brugt til at skabe den sybare tråd, dybest set tre bundter af syv filamenter hver, vævet til omtrent samme størrelse som almindelig tråd, sagde Taylor.
"Vi arbejdede med en fyr, der solgte en lille maskine designet til at lave reb til modelbåde," siger Taylor, der oprindeligt forsøgte at væve tråden i hånden med begrænset succes. "Han var i stand til at gøre os til en mellemstor enhed, der kunne gøre det."
Zig-zag-mønsteret kan justeres for at tage højde for, hvor meget stretch et sportstøj eller andet stof kan være, sagde hun. Taylor sagde, at holdet arbejder sammen med Dr. Mehdi Razavi og hans kolleger ved Texas Heart Institute for at finde ud af, hvordan man maksimerer hudkontakten.
Fibrene vævet ind i stoffet kan også bruges til at integrere antenner eller lysdioder, siger forskerne. Små ændringer af fibergeometrien og tilhørende elektronik kan i sidste ende gøre det muligt for tøj at overvåge vitale tegn, indsats eller vejrtrækningshastighed.
Andre potentielle anvendelser kan omfatte menneske-maskine-grænseflader i biler eller bløde robotter eller som antenner, sundhedsmonitorer og skudsikker beskyttelse af militære uniformer, bemærkede Taylor. "Vi demonstrerede med en samarbejdspartner for et par år siden, at kulstofnanorørfibre spreder energi bedre pr. Vægtenhed end Kevlar-fibre, og det er uden nogle af vores senere fremskridt i trækstyrke," sagde hun. "
"Vi ser dette materiale spille en rolle i flere og flere applikationer efter 20 års udvikling i laboratorier rundt om i verden," sagde Pasquali. "Kulstofnanorør er en naturlig byggesten til bærbare enheder på grund af deres kombination af elektrisk ledningsevne, god hudkontakt, biokompatibilitet og blødhed."
Wearables-markedet, selvom det er relativt lille, kan være et indgangspunkt for en ny generation af bæredygtige materialer, der kan ekstraheres fra kulbrinter gennem direkte opdeling, en proces, der også producerer rent brint, sagde han. Udvikling af dette materiale er et fokus for Carbon Center.
"Vi er i samme situation som solceller var for årtier siden," sagde Pasquali. "Vi har brug for applikationsledere, der kan drive opskalering af produktionen og forbedre effektiviteten."
