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. .
По словам исследователей, волокна обладают такой же проводимостью, как и металлические провода, но их можно стирать, они удобны и с гораздо меньшей вероятностью порвутся, когда тело находится в движении. В целом их улучшенная одежда лучше собирала данные, чем стандартные нагрудные{0}}мониторы, которые проводили полевые измерения в ходе экспериментов. При сопоставлении с коммерческими медицинскими электродными мониторами одежда из углеродных нанотрубок показала несколько лучшие результаты на ЭКГ.
"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."
Исследователи отмечают, что волокна нанотрубок мягкие и эластичные, а одежду из них можно стирать в машине. Эти волокна можно пришивать к ткани машинным способом, как стандартную нить. Строчка зигзаг позволяет тканям растягиваться, не разрывая их.
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.
Первоначальные нити нанотрубок имели ширину около 22 микрон, что было слишком тонко для швейной машины. По словам Тейлора, для создания сшиваемой нити использовалась машина для изготовления веревок, в основном три пучка по семь нитей в каждом, сотканные примерно того же размера, что и обычная нить.
"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."
По ее словам, зигзагообразный узор можно отрегулировать в зависимости от того, насколько эластичной может быть спортивная одежда или другая ткань. Тейлор сказал, что команда работает с доктором Мехди Разави и его коллегами из Техасского института сердца, чтобы выяснить, как максимально увеличить контакт с кожей.
По словам исследователей, волокна, вплетенные в ткань, также можно использовать для встраивания антенн или светодиодов. Небольшие изменения в геометрии волокна и связанной с ним электронике могут в конечном итоге позволить одежде контролировать жизненные показатели, усилие или частоту дыхания.
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."
По его словам, рынок носимых устройств, хотя и относительно небольшой, может стать отправной точкой для нового поколения устойчивых материалов, которые можно извлекать из углеводородов путем прямого расщепления — процесса, который также производит чистый водород. Разработка этого материала находится в центре внимания Углеродного центра.
"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."
