Нет необходимости надевать неудобные умные часы или нагрудные ремни, чтобы следить за своим сердцем, если удобная рубашка может работать лучше.

Это идея «умной одежды», разработанная лабораторией Университета Райса, которая использовала проводящую нить из нанотрубок для создания функциональности обычной одежды.

Лаборатория инженеров-химиков и биомолекул Маттео Паскуали из лаборатории Брауна в журнале Американского химического общества Nano Letters зашила волокна нанотрубок в спортивную одежду, чтобы контролировать частоту сердечных сокращений и делать непрерывную электрокардиограмму ( ЭКГ) владельца.

Волокна такие же проводящие, как и металлические провода, но их можно мыть, они удобны и, по словам исследователей, с гораздо меньшей вероятностью сломаются, когда тело находится в движении.

В целом, улучшенная ими рубашка лучше собирала данные, чем стандартный нагрудный монитор, проводивший живые измерения во время экспериментов. В сочетании с коммерческими медицинскими электродными мониторами рубашка из углеродных нанотрубок давала несколько лучшие ЭКГ.

«Рубашка должна плотно прилегать к груди», – сказала аспирантка Райс Лорен Тейлор, ведущий автор исследования. «В будущих исследованиях мы сосредоточимся на использовании более плотных участков нитей углеродных нанотрубок, чтобы было больше площади поверхности для контакта с кожей».

Исследователи отметили, что волокна нанотрубок мягкие и гибкие, а одежду, в которую они входят, можно стирать в стиральной машине. Волокна можно вшивать в ткань, как стандартную нить. Зигзагообразная строчка позволяет ткани растягиваться, не ломая ее.

Волокна обеспечивали не только устойчивый электрический контакт с кожей пользователя, но также служили электродами для подключения электроники, такой как передатчики Bluetooth, для передачи данных на смартфон или подключения к монитору Холтера, который можно положить в карман пользователя, сказал Тейлор.

Лаборатория Паскуали представила волокно из углеродных нанотрубок в 2013 году. С тех пор волокна, каждое из которых содержит десятки миллиардов нанотрубок, изучались для использования в качестве мостов для восстановления поврежденного сердца, в качестве электрических интерфейсов с мозгом, для использования в кохлеарных имплантатах. в качестве гибких антенн, а также для автомобильных и аэрокосмических приложений. Их разработка также является частью Rice-based Carbon Hub, многоуниверситетской исследовательской инициативы под руководством Райса, запущенной в 2019 году.

Оригинальные нити нанотрубок, шириной около 22 микрон, были слишком тонкими для швейной машины. Тейлор сказал, что для создания сшиваемой нити использовалась канатная машина, по сути, три пучка по семь нитей в каждой, сотканные в размер, примерно эквивалентный обычной нити.

«Мы работали с кем-то, кто продавал маленькие машины, предназначенные для изготовления канатов для моделей кораблей», – сказал Тейлор, который сначала попытался сплести нить вручную, но с ограниченным успехом «Он смог создать для нас устройство среднего размера, которое делает то же самое»

Она сказала, что зигзагообразный узор можно отрегулировать с учетом того, насколько рубашка или другая ткань может растянуться. Тейлор сказал, что команда работает с доктором Мехди Разави и его коллегами из Техасского института сердца, чтобы выяснить, как улучшить контакт с кожей.

По словам исследователей, волокна, вплетенные в ткань, также могут использоваться для встраивания антенн или светодиодов. Незначительные изменения геометрии волокон и соответствующей электроники могут в конечном итоге позволить одежде контролировать показатели жизнедеятельности, силу напряжения или частоту дыхания.

Тейлор отметил, что другие потенциальные применения могут включать человеко-машинные интерфейсы для автомобилей или мягкой робототехники, или в качестве антенн, мониторов состояния здоровья и баллистической защиты в военной форме. «Несколько лет назад мы продемонстрировали с коллегой, что волокна из углеродных нанотрубок лучше рассеивают энергию в расчете на массу, чем кевлар, и это было без некоторых улучшений, которые мы имели с тех пор в прочности на разрыв», она сказала.

«Мы видим, что после двух десятилетий разработки в лабораториях по всему миру, этот материал работает во все большем количестве приложений», – сказал Паскуали. «Благодаря сочетанию проводимости, хорошего контакта с кожей, биосовместимости и мягкости нити из углеродных нанотрубок являются естественным компонентом носимых устройств».

Он сказал, что рынок носимых устройств, хотя и относительно небольшой, может стать отправной точкой для нового поколения экологически чистых материалов, которые можно получить из углеводородов путем прямого разделения, процесса, который также дает чистый водород. Разработка таких материалов находится в центре внимания Carbon Hub.

«Мы находимся в той же ситуации, что и солнечные батареи несколько десятилетий назад, », – сказал Паскуали. «Нам нужны руководители приложений, которые могут подтолкнуть к расширению производства и повышению эффективности»

Соавторами статьи являются аспиранты Райс Стивен Уильямс и Оливер Дьюи, выпускник Дж. Стивен Ян, ныне работающий в Boston Consulting Group, и Флавия Витале, доцент кафедры неврологии Пенсильванского университета. Паскуали – директор Carbon Hub и A.J. Хартсук, профессор химической и биомолекулярной инженерии и профессор химии, материаловедения и наноинженерии.

Исследование было поддержано ВВС США (FA9550-15-1-0370), Американской кардиологической ассоциацией (15CSA24460004), Фондом Роберта А. Велча (C-1668), Министерством энергетики (DE-EE0007865). , DE-AR0001015), Министерства обороны (32 CFR 168a) и стипендии Рики Кобаяши из Департамента химической и биомолекулярной инженерии Райса.

Источник: https://www.rice.edu/[19459007visible