Enligt utländska medierapporter demonstrerade Rice University-forskare nyligen en klädkläda med kolnanorör som kontinuerligt kan övervaka bärarens hjärta. Det finns inget behov av att bära en obekväm smartwatch eller bröstrem för att övervaka ditt hjärta om dina bekväma kläder gör ett bättre jobb. Det är tanken bakom "smarta kläder" som utvecklats av ett Rice University-labb som använder sina ledande nanotrådar för att väva funktionalitet till vanliga kläder.
Matteo Pasquali, en kemisk och biomolekylär ingenjör vid skolans Brown School of Engineering, rapporterar i Nano Letters, en tidskrift från American Chemical Society, att den sydde nanorörsfibrer i sportkläder för att övervaka hjärtfrekvensen och utföra kontinuerlig elektrokardiografisk övervakning av bäraren. .
Enligt forskarna är fibrerna lika ledande som metalltrådar, men är tvättbara, bekväma och mycket mindre benägna att bryta när kroppen är i rörelse. Sammantaget var deras förbättrade plagg bättre på att samla in data än vanliga bröstbandsmonitorer som gjorde fältmätningar i experimenten. När de matchades med kommersiella medicinska elektrodmonitorer presterade kolnanorörsplaggen något bättre på EKG.
"Plagget måste passa tätt mot bröstet", säger Rice-doktoranden Lauren Taylor, huvudförfattare till studien. – I framtida forskning kommer vi att fokusera på att använda tätare block av kolnanotrådar så att det finns mer yta för att komma i kontakt med huden.
Forskarna påpekar att nanorörsfibrerna är mjuka och elastiska, och kläder som innehåller dem kan maskintvättas. Dessa fibrer kan maskinsys på tyget som standardtråd. Sicksacksömmönstret gör att tygerna kan sträcka sig utan att bryta dem.
Fibrerna ger inte bara en stabil elektrisk kontakt med bärarens hud, sa Taylor, utan fungerar också som elektroder för att ansluta elektroniska enheter som Bluetooth-sändare, vidarebefordra data till smartphones eller ansluta till Holter-skärmar som får plats i användarens ficka. apparat.
Pasqualis labb introducerade kolnanorörsfibrer 2013. Sedan dess har fibrer som innehåller tiotals miljarder nanorör vardera studerats för att reparera broar i skadade hjärtan, som elektriska gränssnitt till hjärnan, för cochleaimplantat, som flexibla antenner och för fordons- och flygapplikationer. Deras utveckling är också en del av Rice-based Carbon Center, ett forskningsinitiativ med flera universitet som leds av Rice och lanserades 2019.
De ursprungliga nanorörsfilamenten var cirka 22 mikron breda, för tunna för en symaskin att hantera. En reptillverkare användes för att skapa den sybara tråden, i princip tre buntar med sju filament vardera, vävda till ungefär samma storlek som vanlig tråd, sa Taylor.
" Vi arbetade med en kille som sålde en liten maskin utformad för att göra rep till modellbåtar," säger Taylor, som ursprungligen försökte väva tråden för hand med begränsad framgång. "Han kunde göra oss till en medelstor apparat som kunde göra det."
Sicksackmönstret kan justeras för att ta hänsyn till hur mycket stretch en sportkläder eller annat tyg kan vara, säger hon. Taylor sa att teamet arbetar med Dr. Mehdi Razavi och hans kollegor på Texas Heart Institute för att ta reda på hur man maximerar hudkontakten.
De fibrer som vävs in i tyget kan också användas för att bädda in antenner eller lysdioder, säger forskarna. Små modifieringar av fibergeometrin och tillhörande elektronik kan så småningom göra det möjligt för kläder att övervaka vitala tecken, ansträngning eller andningshastighet.
Andra potentiella användningsområden kan vara gränssnitt mellan människa och maskin i bilar eller mjuka robotar, eller som antenner, hälsomonitorer och skottsäkert skydd för militära uniformer, noterade Taylor. "Vi demonstrerade med en samarbetspartner för några år sedan att kolnanorörsfibrer avleder energi bättre per enhetsvikt än Kevlar-fibrer, och det är utan några av våra senare framsteg i draghållfasthet", säger hon. "
"Vi ser att detta material spelar en roll i fler och fler applikationer efter 20 års utveckling i laboratorier runt om i världen", säger Pasquali. "Kolnanorör är en naturlig byggsten för bärbara enheter på grund av deras kombination av elektrisk ledningsförmåga, god hudkontakt, biokompatibilitet och mjukhet."
Marknaden för wearables, även om den är relativt liten, kan vara en ingångspunkt för en ny generation hållbara material som kan utvinnas ur kolväten genom direkt delning, en process som också producerar rent väte, säger han. Att utveckla detta material är ett fokus för Carbon Center.
"Vi befinner oss i samma situation som solceller var för årtionden sedan", säger Pasquali. "Vi behöver applikationsledare som kan driva upp uppskalning av produktionen och förbättra effektiviteten."
