211service.com
Wątek z nanorurek węglowych
Inteligentne tekstylia mogą monitorować parametry życiowe, ostrzegać przed alergenami, a nawet chłodzić osoby noszące, gdy temperatura wzrasta. Jednak okablowanie tkanin z czujnikami okazało się wyzwaniem: większość elektronicznych tekstyliów jest zbyt obszerna, aby można je było wygodnie nosić i nie może wykonywać skomplikowanych operacji. Teraz naukowcy pokryli konwencjonalną nić bawełnianą wysoce przewodzącymi, bioczujnikowymi nanorurek węglowych. Nici można wpleść w tkaniny, które są lekkie i nadają się do noszenia, ale działają jak proste, czułe czujniki, które mogą, między innymi, wykrywać ludzką krew.
Tekstylia z nanorurek: Nić bawełniana zanurzona w mieszaninie nanorurek węglowych i przewodzących polimerów przewodzi prąd elektryczny wystarczający do zapalenia diody elektroluminescencyjnej.
Chcieliśmy stworzyć alternatywę dla bardzo złożonych elektronicznych tekstyliów opracowanych wcześniej, mówi Mikołaj Kotow , profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan. Wiele tekstyliów elektronicznych zawiera metalowe nici, które są ciężkie i podatne na korozję, lub włókna światłowodowe, które są nieporęczne. I chociaż inne grupy próbowały wprowadzić do tekstyliów nanorurki węglowe, które mogą przenosić zarówno prąd elektryczny, jak i dane, badacze odnieśli niewielki sukces.
Tkaniny Kotowa, które są wytwarzane przez zanurzanie bawełny w mieszaninie nanorurek węglowych i przewodzącego polimeru, przenoszą większy prąd niż poprzednie tkaniny z nanorurek. W pracy opublikowanej online w Litery nano Kotow wykazał, że dioda elektroluminescencyjna (LED) umieszczona w obwodzie między dwiema powleczonymi nićmi bawełnianymi świeci jasno. Demonstracja, że tkanina może przenosić tak duży prąd, zapiera dech w piersiach, mówi Juan Hinestrosa , profesor nauk o włóknach i kierownik Laboratorium Nanotechnologii Tekstyliów na Uniwersytecie Cornell.
Grupa z Michigan jest również pierwszą, która zademonstrowała bioczujnikowanie za pomocą tekstyliów z nanorurek. Nanorurki węglowe są intensywnie opracowywane pod kątem wykrywania chemicznego i diagnostyki klinicznej, po części dlatego, że można je łatwo ozdobić cząsteczkami wiążącymi, takimi jak przeciwciała: gdy cząsteczka docelowa wiąże się z nanorurki, zmienia jej przewodnictwo w wykrywalny sposób. W tym przypadku Kotov ozdobił nanorurki węglowe przeciwciałami przeciwko albuminie białka ludzkiej krwi, co dowodzi, że tekstylia mogą być używane do wykrywania ludzkiej krwi. Tekstylia nie reagują na albuminę bydlęcą, co pokazuje, że czujniki są bardzo specyficzne dla ich celu.
Prace otworzą drogę do nowej generacji materiałów do noszenia, przewiduje Hinestrosa. Mówi, że bawełna pokryta nanorurek Kotowa zachowuje właściwości tkaniny i dodaje nowe funkcje. Odzież wykrywająca albuminy dla żołnierzy może ostrzegać zdalne zespoły medyczne o tym, że żołnierz krwawi, mówi Kotov. Zmiana prądu wskazująca na obecność rany może zostać wykryta przez przenośny komputer, który następnie wyśle wiadomość. Tekstylia zawierające nanorurki potraktowane przeciwciałami mogą również ostrzegać użytkownika przed alergenami, podświetlając diody LED lub wysyłając wiadomość na telefon komórkowy. Odzież zawierająca wiele pasków tkaniny czujnikowej, z których każdy jest ukierunkowany na inny biomarker lub parametry, takie jak temperatura, byłaby zdolna do bardziej wyrafinowanego monitorowania parametrów życiowych.
Zbliżamy się do celu, jakim są inteligentne tekstylia, mówi Pulickel Ajayan , profesor inżynierii mechanicznej i materiałoznawstwa na Rice University. Jak mówi, praca Kotova jest dobrym dowodem na to, że tekstylia zawierające nanomateriały mogą nie tylko przewodzić prąd.
Zaletą włączenia nanorurek węglowych do tekstyliów, mówi Hinestrosa, jest to, że mogą one pełnić wiele różnych funkcji, dzięki czemu nie ma potrzeby dodawania dodatkowych, nieporęcznych elementów. Można użyć tych samych wątków jako przewodników, czujników i jako przetworników sygnału – mówi. Na przykład w ubraniach, które dostosowują się do pogody, nanorurki węglowe mogą wykrywać temperaturę, przenosić odczyt do komputera do noszenia, a następnie przesyłać sygnał z komputera, który kieruje włókna do bardziej otwartego splotu, jeśli jest gorąco.
Kotov zauważa, że mechanizm biodetekcji jego tekstyliów, który opiera się na zmianach prądu, jest nieskomplikowany. W najprostszym możliwym scenariuszu zmianę prądu wskazującą na obecność białka będącego przedmiotem zainteresowania można odczytać przy użyciu jedynie baterii i żarówki. Mimo prostoty koncepcji czułość jest niesamowita, mówi Kotov. W przeciwieństwie do tego, konwencjonalne metody identyfikacji białek wymagają wielu etapów przygotowania w laboratorium na mokro i sprzętu do obrazowania fluorescencyjnego.