Áo sơ mi “thông minh” sử dụng sợi ống nano carbon linh hoạt để giữ các tab ở trung tâm

Các sợi ống nano carbon mềm dẻo của gạo dệt thành quần áo thu thập EKG, nhịp tim chính xác.

Không cần thiết phải mang những chiếc đồng hồ thông minh hoặc dây đeo ngực khó chịu để theo dõi tim nếu chiếc áo thoải mái của bạn có thể hoạt động tốt hơn.

Đó là ý tưởng đằng sau “quần áo thông minh” được phát triển bởi một phòng thí nghiệm của Đại học Rice, nơi sử dụng sợi ống nano dẫn điện của nó để dệt chức năng thành quần áo thông thường.

Phòng thí nghiệm Brown School of Engineering của kỹ sư phân tử và hóa học Matteo Pasquali đã báo cáo trên tạp chí Nano Letters của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ rằng họ đã khâu các sợi ống nano vào quần áo thể thao để theo dõi nhịp tim và lấy điện tâm đồ liên tục (EKG) của người mặc.

Các nhà nghiên cứu cho biết các sợi này có tính dẫn điện như dây kim loại, nhưng có thể giặt được, thoải mái và ít bị đứt hơn khi cơ thể chuyển động.

Nhìn chung, chiếc áo mà họ cải tiến có khả năng thu thập dữ liệu tốt hơn so với một màn hình dây đeo ngực tiêu chuẩn lấy các phép đo trực tiếp trong quá trình thử nghiệm. Khi kết hợp với các màn hình điện cực y tế thương mại, áo ống nano carbon cho các EKG tốt hơn một chút.

Nghiên cứu sinh Lauren Taylor, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Áo phải ôm sát vào ngực. “Trong các nghiên cứu trong tương lai, chúng tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng các mảng sợi ống nano carbon dày đặc hơn để có nhiều diện tích bề mặt hơn để tiếp xúc với da.”

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các sợi ống nano mềm và linh hoạt, và quần áo kết hợp chúng có thể giặt bằng máy. Các sợi có thể được may bằng máy thành vải giống như chỉ tiêu chuẩn. Kiểu đường may ngoằn ngoèo cho phép vải kéo dài mà không làm đứt chúng.

Taylor cho biết, các sợi này không chỉ cung cấp khả năng tiếp xúc điện ổn định với da của người mặc mà còn đóng vai trò như các điện cực để kết nối các thiết bị điện tử như bộ phát Bluetooth để chuyển tiếp dữ liệu đến điện thoại thông minh hoặc kết nối với màn hình Holter có thể được cất gọn trong túi của người dùng, Taylor nói.

Phòng thí nghiệm của Pasquali đã giới thiệu sợi ống nano carbon vào năm 2013 . Kể từ đó, các sợi này, mỗi sợi chứa hàng chục tỷ ống nano, đã được nghiên cứu để sử dụng làm cầu nối để sửa chữa trái tim bị tổn thương , làm giao diện điện với não , sử dụng trong cấy ghép điện cực ốc tai , làm ăng-ten linh hoạt và cho các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ. Sự phát triển của chúng cũng là một phần của Trung tâm Carbon dựa trên Rice, một sáng kiến nghiên cứu đa trường do Rice dẫn đầu và được khởi động vào năm 2019 .

Các sợi ống nano ban đầu, rộng khoảng 22 micron, quá mỏng để máy may có thể xử lý. Taylor cho biết một người thợ làm dây thừng đã được sử dụng để tạo ra một sợi chỉ có thể may được, về cơ bản là ba bó gồm bảy sợi mỗi sợi, được dệt thành một kích thước gần tương đương với chỉ thông thường.

Taylor cho biết: “Chúng tôi đã làm việc với một người bán những chiếc máy nhỏ được thiết kế để làm dây thừng cho tàu mô hình. “Anh ấy đã có thể làm cho chúng tôi trở thành một thiết bị quy mô trung bình hoạt động tương tự.”

Cô cho biết họa tiết ngoằn ngoèo có thể được điều chỉnh để tính đến mức độ giãn của áo sơ mi hoặc các loại vải khác. Taylor cho biết nhóm đang làm việc với Tiến sĩ Mehdi Razavi và các đồng nghiệp của ông tại Viện Tim Texas để tìm ra cách tiếp xúc tối đa với da.

Các sợi dệt thành vải cũng có thể được sử dụng để nhúng ăng-ten hoặc đèn LED, theo các nhà nghiên cứu. Những sửa đổi nhỏ đối với hình dạng của sợi và các thiết bị điện tử liên quan cuối cùng có thể cho phép quần áo theo dõi các dấu hiệu quan trọng, lực gắng sức hoặc tốc độ hô hấp.

Taylor lưu ý rằng các ứng dụng tiềm năng khác có thể bao gồm giao diện người-máy cho ô tô hoặc robot mềm, hoặc làm ăng-ten, máy theo dõi sức khỏe và bảo vệ tên lửa đạn đạo trong quân phục. Cô nói: “Chúng tôi đã chứng minh với một cộng tác viên vài năm trước rằng sợi ống nano carbon có khả năng tiêu tán năng lượng trên cơ sở trọng lượng tốt hơn Kevlar và điều đó không có một số lợi ích mà chúng tôi đã có từ độ bền kéo,” cô nói.

Pasquali cho biết: “Chúng tôi thấy rằng, sau hai thập kỷ phát triển trong các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, vật liệu này hoạt động trong ngày càng nhiều ứng dụng. “Do sự kết hợp của độ dẫn điện , tiếp xúc tốt với da, tính tương thích sinh học và độ mềm mại , các sợi ống nano carbon là một thành phần tự nhiên cho các thiết bị đeo được”.

Ông cho biết thị trường thiết bị đeo, mặc dù tương đối nhỏ, nhưng có thể là điểm vào cho một thế hệ vật liệu bền vững mới có thể có nguồn gốc từ hydrocacbon thông qua quá trình tách trực tiếp, một quy trình cũng tạo ra hydro sạch. Phát triển các vật liệu như vậy là trọng tâm của Trung tâm Carbon.

Pasquali nói: “Chúng ta đang ở trong tình trạng tương tự như pin mặt trời cách đây vài thập kỷ. “Chúng tôi cần các nhà lãnh đạo ứng dụng có thể tạo ra lực đẩy để mở rộng quy mô sản xuất và tăng hiệu quả.”

Tham khảo: “Có thể giặt, có thể may được, điện cực bằng tất cả carbon và dây tín hiệu cho quần áo điện tử” của Lauren W. Taylor, Steven M. Williams, J. Stephen Yan, Oliver S. Dewey, Flavia Vitale và Matteo Pasquali, 30 tháng 8 năm 2021, Nano Những bức thư .
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c01039

Đồng tác giả của bài báo là các sinh viên tốt nghiệp Rice Steven Williams và Oliver Dewey, và cựu sinh viên J. Stephen Yan, hiện đang làm việc tại Boston Consulting Group, và Flavia Vitale, một trợ lý giáo sư thần kinh học tại Đại học Pennsylvania. Pasquali là giám đốc của Trung tâm Carbon và là Giáo sư AJ Hartsook về Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học, đồng thời là một giáo sư hóa học và khoa học vật liệu và kỹ thuật nano.

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Không quân Hoa Kỳ (FA9550-15-1-0370), Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ (15CSA24460004), Quỹ Robert A. Welch (C-1668), Bộ Năng lượng (DE-EE0007865, DE- AR0001015), Bộ Quốc phòng (32 CFR 168a) và Học bổng Riki Kobayashi từ Khoa Gạo và Kỹ thuật Phân tử Sinh học.

Theo Scitechdaily