According to foreign media reports, Rice University researchers recently demonstrated a clothing with carbon nanotubes that can continuously monitor the wearer's heart. There's no need to wear an uncomfortable smartwatch or chest strap to monitor your heart if your comfortable clothing does a better job. That's the idea behind "smart clothing" developed by a Rice University lab that uses its conductive nanowires to weave functionality into regular clothing.
Matteo Pasquali, a chemical and biomolecular engineer at the school's Brown School of Engineering, reports in Nano Letters, a journal of the American Chemical Society, that it sewn nanotube fibers into sportswear to monitor heart rate and perform continuous electrocardiographic monitoring of the wearer. .
Zdaniem naukowców włókna są tak samo przewodzące jak metalowe druty, ale można je prać, są wygodne i znacznie mniej podatne na pękanie, gdy ciało jest w ruchu. Ogólnie rzecz biorąc, ich ulepszona odzież była lepsza w zbieraniu danych niż standardowe monitory-na klatce piersiowej, które wykonywały pomiary w terenie podczas eksperymentów. W zestawieniu z dostępnymi na rynku monitorami z elektrodami medycznymi odzież z nanorurek węglowych działała nieco lepiej w EKG.
"The garment had to fit snugly against the chest," said Rice graduate student Lauren Taylor, lead author of the study. "In future research, we will focus on using denser blocks of carbon nanowires so that there is more surface area to contact the skin."
Naukowcy podkreślają, że włókna nanorurek są miękkie i elastyczne, a zawierające je ubrania można prać w pralce. Włókna te mogą być przyszywane maszynowo do tkaniny jak zwykła nić. Zygzakowaty wzór ściegu pozwala na rozciąganie tkanin bez ich łamania.
The fibers not only provide a stable electrical contact with the wearer's skin, Taylor said, but also act as electrodes to connect electronic devices such as Bluetooth transmitters, relay data to smartphones, or connect to Holter monitors that can fit in the user's pocket. device.
Pasquali's lab introduced carbon nanotube fibers in 2013. Since then, fibers containing tens of billions of nanotubes each have been studied to repair bridges in damaged hearts, as electrical interfaces to the brain, for cochlear implants, as flexible antennas, and for automotive and aerospace applications. Their development is also part of the Rice-based Carbon Center, a multi-university research initiative led by Rice and launched in 2019.
Oryginalne włókna z nanorurek miały około 22 mikrony szerokości i były zbyt cienkie, by mogła je obsłużyć maszyna do szycia. Taylor powiedział, że do stworzenia nici do szycia użyto producenta lin, czyli trzech wiązek po siedem włókien każdy, utkanych mniej więcej w tym samym rozmiarze, co zwykła nić.
"We worked with a guy who sold a little machine designed to make ropes for model boats," says Taylor, who initially tried to weave the thread by hand with limited success. "He was able to make us a mid-scale device that could do that."
Powiedziała, że wzór zygzakowaty-można dostosować do stopnia rozciągliwości odzieży sportowej lub innej tkaniny. Taylor powiedział, że zespół współpracuje z dr Mehdi Razavi i jego kolegami z Texas Heart Institute, aby dowiedzieć się, jak zmaksymalizować kontakt ze skórą.
Naukowcy twierdzą, że włókna wplecione w tkaninę mogą być również wykorzystane do osadzania anten lub diod LED. Niewielkie modyfikacje geometrii włókien i związanej z nimi elektroniki mogą ostatecznie umożliwić odzieży monitorowanie parametrów życiowych, wysiłku lub tempa oddychania.
Other potential uses could include human-machine interfaces in cars or soft robots, or as antennas, health monitors and bulletproof protection for military uniforms, Taylor noted. "We demonstrated with a collaborator a few years ago that carbon nanotube fibers dissipate energy better per unit weight than Kevlar fibers, and that's without some of our later progress in tensile strength," she said. "
"We're seeing this material play a role in more and more applications after 20 years of development in laboratories around the world," Pasquali said. "Carbon nanotubes are a natural building block for wearable devices due to their combination of electrical conductivity, good skin contact, biocompatibility and softness."
Powiedział, że rynek urządzeń do noszenia, choć stosunkowo niewielki, może być punktem wejścia dla nowej generacji zrównoważonych materiałów, które można wydobyć z węglowodorów poprzez bezpośrednie rozszczepianie, proces, który również wytwarza czysty wodór. Opracowywanie tego materiału jest głównym celem Carbon Center.
"We are in the same situation as solar cells were decades ago," Pasquali said. "We need application leaders that can power scale-up of production and improve efficiency."
