Neue intelligente Textilien aus biologisch aktiven Tinten überwachen Körper und die Umwelt durch Farbwechsel

„Die Verwendung von neuen bioaktiven Tinten mit sehr verbreiteten Methode des Siebdrucks vielversprechenden Möglichkeiten für die Massenproduktion von weichen, tragbaren Stoffen mit einem großen Anzahl von Sensoren öffnet, die angewandt werden, um einen Bereich von Bedingungen zu erfassen“, so Fiorenzo Omenetto, korrespondierender Autor und Frank C. Doble Professor of Engineering an der Tufts' School of Engineering. „Die Stoffe können bis in Uniformen für den Arbeitsplatz, Sportbekleidung oder auch auf Möbel und architektonische Strukturen beenden.“

Tragbarer Messvorrichtungen haben großes Interesse an der Überwachung der menschlichen Leistungsfähigkeit und Gesundheit angezogen. Viele solcher Geräte wurden Elektronik in tragbaren Patches erfunden enthält, Armbänder und andere Konfigurationen, dass Monitor entweder lokalisiert oder allgemeine physiologische Informationen wie Herzfrequenz oder Blutzucker. Die Forschung von der Tufts-Team präsentiert, nimmt einen anderen, komplementären Ansatz, nicht-elektronischen, kolorimetrischen Nachweis einer theoretisch sehr große Anzahl von Analyten Sensorkleidungsstücke verwenden, die sehr große Flächen abdecken verteilt werden können: alles von einem Patch auf den ganzen Körper, und darüber hinaus.

Die Komponenten, die die Erfassungskleidungsstücke möglich sind biologisch Seide basierenden Tinten aktiviert. Das lösliche Substrat Seide in diesen Tintenformulierungen können durch Einbetten von verschiedenen „Reporter“ Moleküle, wie pH-empfindliche Indikatoren, oder Enzyme wie Lactatoxidase modifiziert werden Spiegel von Lactat im Schweiß anzuzeigen. Die ehemalige könnte ein Indikator für die Gesundheit der Haut oder Dehydrierung sein, während die letzteren Ebene der Ermüdung des Trägers hindeuten könnte. Viele andere Derivate der Tinten kann es mit aktiver Moleküle, wie beispielsweise chemisch empfindliche Farbstoffe, Enzyme, Antikörper und durch Modifizierung aufgrund der Vielseitigkeit des Seidenfibroin-Proteins erzeugt werden. Während die Reportermoleküle auf ihre eigenen instabil sein könnten, können sie lagerstabil, wenn innerhalb der Seidenfibroinlösungen in der Tintenformulierung eingebettet.

Die Tinten werden für Siebdruckanwendungen formuliert, indem sie mit einem Verdickungsmittel (Natriumalginat) und einem Weichmacher (Glycerin) kombiniert. Die Siebdruck bio-Tinten können wie jedes für den Siebdruck entwickelt Tinte verwendet werden, und kann so nicht nur an der Kleidung angewandt werden, sondern auch auf verschiedene Untergründe wie Holz, Kunststoff und Papier Muster von Hunderten von Mikrometern bis zu mehreren zehn Metern bis hin zu erzeugen, . Während die Veränderungen in der Farbe von den Tinten präsentierten einen visuellen Hinweis auf die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Analyten zur Verfügung stellen können, kann die Kleidungsstücke oder anderes Material Verwendung von Kamerabildanalyse Scannen sammelt genauere Informationen über Quantität und hohe Auflösung, Submillimeter-Mapping .

Die Technologie baut auf früheren Arbeiten durch die gleichen Forscher bioaktiven Seidenfarben formuliert für Tintenstrahldruck Entwicklung Petrischalen zu schaffen, Papiersensoren und Laborhandschuhe, die bakterielle Kontamination durch wechselnde Farben anzeigen kann.

„Das Siebdruck Ansatz bietet das Äquivalent eine große, gemultiplexte Anordnung von Sensoren abdeckt weite Bereiche des Körpers aufweisen, wenn sie als ein Kleidungsstück getragen wird, oder auch auf großen Flächen, wie Rauminnenräume“, so Giusy Matzeu, wissenschaftlicher Assistent Professor biomedizinischer Engineering an der Tufts School of Engineering und erster Autor des Papiers. „Mit Bildanalyse Gekoppelt, können wir eine hohe Auflösung Mapof Farbreaktionen über eine große Fläche erhalten und eine besseren Einblick auf dem allgemeinen physiologischen oder Umweltzustand gewinnen. In der Theorie wir diese Methode erweitern könnten die Luftqualität zu verfolgen oder Umweltüberwachung für Epidemiologie unterstützen. "

Die Tatsache, dass das Verfahren gängige Drucktechniken verwendet eröffnet auch Möglichkeiten in kreativen Anwendungen, etwas erforscht von Laia Mogas-Soldevila, Architekt und letztem PhD-Absolvent an der Tufts in Omenetto des SilkLab. Mogas-Soldevila haben dazu beigetragen, schöne Teppiche zu schaffen, so dass sie in Museen in den Vereinigten Staaten und in Europa anzeigt. Die Displays sind interaktiv, so dass die Besucher verschiedene, nicht-toxische Chemikalien auf den Stoff und beobachten Sie die Muster transformieren sprühen. „Das ist wirklich ein großartiges Beispiel dafür, wie Kunst und Technik von gewinnen und gegenseitig inspirieren“, sagten Mogas-Soldevila. „Die gentechnisch Tinten eröffnen eine neue Dimension in ansprechenden, interaktiven Wandteppichen und Oberflächen, während die 1000 Jahre alte Kunst des Siebdrucks ein Fundament gut geeignet, um die Notwendigkeit für eine moderne hochauflösende, tragbare Sensoroberfläche zur Verfügung gestellt hat.“

Die Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse aus der US Army Natick Soldaten Forschung, Entwicklung und Engineering Center (W911QY-15-2-0001), das Office of Naval Research (N00014-19-1-2399) und ein Geschenk des Stavros Niarchos unterstützt Foundation (SNF).

Quelle: Tufts University. "New smart fabrics from bioactive inks monitor body and environment by changing color: Bioactive inks printed on wearable textiles can map conditions over the entire surface of the body." ScienceDaily. ScienceDaily, 5 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200605111234.htm>.