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. .
Laut den Forschern sind die Fasern so leitfähig wie Metalldrähte, aber waschbar, bequem und brechen viel weniger, wenn der Körper in Bewegung ist. Insgesamt waren ihre verbesserten Kleidungsstücke besser beim Sammeln von Daten als herkömmliche Brustgurtmonitore, die in den Experimenten Feldmessungen durchführten. Beim Abgleich mit kommerziellen medizinischen Elektrodenmonitoren schnitten die Kohlenstoff-Nanoröhren-Kleidungsstücke bei EKGs etwas besser ab.
"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."
Die Forscher weisen darauf hin, dass die Nanoröhrenfasern weich und elastisch sind und Kleidung, die sie enthält, in der Maschine gewaschen werden kann. Diese Fasern können wie normales Garn maschinell auf den Stoff genäht werden. Das Zickzack-Nähmuster ermöglicht es den Stoffen, sich zu dehnen, ohne sie zu brechen.
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.
Die ursprünglichen Nanoröhrchen-Filamente waren etwa 22 Mikrometer breit, zu dünn für eine Nähmaschine. Ein Seilmacher wurde verwendet, um den nähbaren Faden herzustellen, im Grunde drei Bündel mit jeweils sieben Filamenten, die auf ungefähr die gleiche Größe wie normaler Faden gewebt wurden, sagte Taylor.
"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."
Das Zick{0}}-Muster kann angepasst werden, um zu berücksichtigen, wie dehnbar Sportbekleidung oder andere Stoffe sein können, sagte sie. Taylor sagte, das Team arbeite mit Dr. Mehdi Razavi und seinen Kollegen am Texas Heart Institute zusammen, um herauszufinden, wie der Hautkontakt maximiert werden könne.
Die in den Stoff eingewebten Fasern könnten auch zum Einbetten von Antennen oder LEDs verwendet werden, sagten die Forscher. Leichte Änderungen an der Fasergeometrie und der zugehörigen Elektronik könnten es schließlich ermöglichen, dass die Kleidung Vitalfunktionen, Anstrengung oder Atemfrequenz überwacht.
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."
Der Wearables-Markt, obwohl relativ klein, könnte ein Einstiegspunkt für eine neue Generation nachhaltiger Materialien sein, die durch direkte Spaltung aus Kohlenwasserstoffen gewonnen werden können, ein Prozess, der auch sauberen Wasserstoff produziert, sagte er. Die Entwicklung dieses Materials ist ein Schwerpunkt des Carbon Centers.
"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."
