Nowe inteligentne tkaniny z tuszami bioaktywnych monitorować ciało i środowiska poprzez zmianę koloru

„Zastosowanie nowych farb bioaktywnych z bardzo powszechną metodą sitodruku otwiera obiecujące możliwości masowej produkcji miękkich noszenia tkaniny z dużą liczbą czujników, które mogą być stosowane do wykrywania zakresu stanów,” że Fiorenzo Omenetto, odpowiada autor i Frank C. Doble profesor inżynierii w szkole pęczki Inżynierii. „Tkaniny mogą skończyć w mundurach do pracy, odzież sportowa, lub nawet na meble i struktur architektonicznych.”

Urządzenia wykrywające poręczny przyciągnęły spore zainteresowanie w monitorowaniu wydajności i zdrowia ludzkiego. Wiele takich urządzeń zostało wynalezione wyposażona w elektronikę noszenia plastrów, opasek i innych konfiguracjach, które zlokalizowane albo monitora lub informacja ogólna fizjologicznych takich jak tętno lub glukozy we krwi. Badania przedstawione przez zespół Tufts bierze inną, komplementarne podejście, nieelektronicznych, kolorymetryczną wykrycie teoretycznie bardzo dużą liczbę analitów z wykorzystaniem ubrań wyczuwając, które mogą być dystrybuowane na pokrycie bardzo duże obszary: nic z plastra do całego ciała, i poza nią.

Składniki, które sprawiają, że odzież czujnikowe są możliwe biologicznie aktywny na bazie farb jedwabiu. Rozpuszczalny substrat jedwabiu w tych kompozycjach tuszu może być modyfikowane poprzez osadzanie różnych cząsteczek „reporter”, takich jak wskaźniki wrażliwych na pH, i enzymy, takie jak oksydaza mleczanu wskazuje poziomy mleczanu potu. Były może być wskaźnikiem stanu skóry lub odwodnienia, a drugi może oznaczać poziom zmęczenie użytkownika. Wiele innych pochodne tuszów mogą być tworzone ze względu na uniwersalność białka fibroiny jedwabiu poprzez modyfikację jej aktywnych molekuł, takich jak chemicznie wrażliwych barwników, enzymy, przeciwciała i inne. Podczas gdy cząsteczki reporterowe mogą być niestabilne samodzielnie, mogą one stać się trwałe przy przechowywaniu, gdy osadzone w fibroiny jedwabiu w kompozycji tuszu.

Tusze są otrzymywane do zastosowań sitodruku przez połączenie z zagęszczacza (alginian sodu) i plastyfikator (glicerynę). W sitowy biologiczne tuszów mogą być używane jak atrament opracowany do sitodruku, a więc może być stosowany nie tylko do odzieży, ale również do różnych powierzchni, takich jak drewno, tworzywa sztuczne i papier do generowania wzorów, od setek mikronów do kilkudziesięciu metrów , Podczas zmiany kolorów dla tuszów mogą stanowić wizualną wskazówkę do obecności lub braku analitu, zastosowanie analizy obrazu aparatu skanowania odzieży lub innych materiałów może zbierać bardziej precyzyjnej informacji zarówno ilości, jak i wysokiej rozdzielczości, odwzorowania pod-milimetrowych ,

Technologia opiera się na wcześniejszej pracy przez tych samych naukowców rozwijających bioaktywne tuszów do drukarek atramentowych jedwabne sformułowanych temat drukowania do tworzenia płytki Petriego, czujniki papier i rękawice laboratoryjne, które mogą wskazywać na zanieczyszczenie bakteryjne przez zmieniających się kolorach.

„Metoda sitodruk stanowi odpowiednik o dużej zmultipleksowane układ czujników obejmujących rozległe obszary ciała, jeżeli są stosowane jako część garderoby, a nawet na dużych powierzchniach, takich jak wnętrza pokoju”, że Giusy Matzeu, asystent profesora biomedycznych inżynieria Tufts School of engineering i pierwszy autor pracy. „W połączeniu z analizą obrazu, możemy uzyskać wysokiej rozdzielczości reakcje barwne mapof na dużym obszarze i uzyskać lepszy wgląd na ogólną fizjologicznej lub stanu środowiska. Teoretycznie moglibyśmy przedłużyć ten sposób, aby śledzić jakość powietrza lub obsługiwać monitoring środowiska dla epidemiologii. "

Fakt, że metoda wykorzystuje typowych technik drukarskich otwiera również aleje w aplikacjach twórczych, coś zbadane przez Laia Mogas-Soldevila, architekt i niedawnego absolwenta studiów doktoranckich na Tufts w Omenetto za SilkLab. Mogas-Soldevila pomogło stworzyć piękne gobeliny, wyświetlając je w muzeach w Stanach Zjednoczonych i Europie. Wyświetlacze są interaktywne, które pozwolą odwiedzającym rozpylać różne, nietoksyczne substancje chemiczne na tkaninie i oglądać wzorce przekształcić. „To jest naprawdę świetnym przykładem tego, jak sztuka i technika mogą zyskać i inspirować się nawzajem,” powiedział Mogas-Soldevila. „Zmodyfikowane tusze otwiera nowy wymiar w czuły, interaktywnych gobeliny i powierzchni, a 1000-letni sztuka sitodruku dostarczył fundament dobrze nadaje się do potrzeby nowoczesnych wysokiej rozdzielczości, poręczny powierzchni sensing”.

Badania były wspierane przez dotacje z US Army Soldier Natick Badań, Rozwoju i Centrum Inżynierii (W911QY-15-2-0001), Office of Naval Research (N00014-19-1-2399) oraz dar od Stavros Niarchos Foundation (SNF).

źródło 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>.