211service.com
Kol-Nanorör tråd
Intelligenta textilier kan övervaka vitala tecken, varna för allergener, till och med kyla ner sina bärare när temperaturen stiger. Men att koppla ihop tyger med sensorer har visat sig vara en utmaning: de flesta elektroniska textilier är för skrymmande för att bäras bekvämt och kan inte utföra sofistikerade operationer. Nu har forskare belagt konventionell bomullstråd med starkt ledande, bioavkännande kolnanorör. Trådarna kan vävas till tyger som är lätta och bärbara men fungerar som enkla, känsliga sensorer som bland annat kan detektera mänskligt blod.
Nanorörstextilier: Bomullstråd doppad i en blandning av kolnanorör och ledande polymerer bär tillräckligt med elektrisk ström för att tända en lysdiod.
Vi ville skapa ett alternativ till de mycket komplexa elektroniska textilier som utvecklats tidigare, säger Nicholas Kotov , professor i kemiteknik vid University of Michigan. Många elektroniska textilier innehåller metalltrådar, som är tunga och utsatta för korrosion, eller fiberoptik, som är skrymmande. Och medan andra grupper har försökt införliva kolnanorör, som kan bära både elektrisk ström och data, i textilier, har forskarna haft liten framgång.
Kotovs tyger, som tillverkas genom att doppa bomull i en blandning av kolnanorören och en ledande polymer, bär mer ström än tidigare nanorörstextilier. I arbete publicerat online i Nanobokstäver , visade Kotov att en lysdiod (LED) som satts in i en krets mellan två av de belagda bomullstrådarna lyser starkt. Demonstrationen att en textil kan bära så mycket ström är hisnande, säger man Juan Hinestrosa , professor i fibervetenskap och chef för Textiles Nanotechnology Laboratory vid Cornell University.
Michigan-gruppen är också först med att demonstrera biosensing med nanorörstextilier. Kolnanorör utvecklas omfattande för kemisk avkänning och klinisk diagnostik, delvis för att det är enkelt att dekorera dem med bindande molekyler som antikroppar: när en målmolekyl binder till nanoröret ändrar den nanorörets ledningsförmåga på ett sätt som är detekterbart. I det här fallet dekorerade Kotov kolnanorören med antikroppar mot det mänskliga blodproteinet albumin, vilket visade att textilierna kunde användas för att upptäcka mänskligt blod. Textilierna svarar inte på bovint albumin, vilket visar att sensorerna är mycket specifika för deras mål.
Verket kommer att öppna en väg till en ny generation bärbara material, förutspår Hinestrosa. Han säger att Kotovs nanorörsbelagda bomull behåller textilens egenskaper och tillför nya funktioner. Albuminavkännande kläder för soldater kan uppmärksamma avlägsna medicinska team om att en soldat blöder, säger Kotov. Förändringen i ström som indikerar närvaron av ett sår kan plockas upp av en bärbar dator som sedan skickar ut ett meddelande. Textilier som innehåller antikroppsbehandlade nanorör kan också varna bäraren för allergener genom att tända lysdioder eller skicka ett meddelande till en mobiltelefon. Kläder som innehåller flera remsor av avkännande tyg, var och en riktad till en annan biomarkör eller till parametrar som temperatur, skulle vara kapabla till mer sofistikerad övervakning av vitala tecken.
Vi närmar oss målet med intelligenta textilier, säger Pulickel Ajayan , professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Rice University. Kotovs arbete, säger han, är ett bra bevis på att textilier som innehåller nanomaterial kan göra mer än att bara leda elektricitet.
Fördelen med att införliva kolnanorör i textilier, säger Hinestrosa, är att de kan utföra många olika funktioner, vilket gör det onödigt att lägga till extra, skrymmande komponenter. Du kan använda samma trådar som ledare, sensorer och som omvandlare av signalen, säger han. Till exempel, i kläder som anpassar sig till vädret, kan kolnanorör känna av temperaturen, föra avläsningen till en bärbar dator och sedan bära en signal från datorn som styr fibrerna att anpassa sig till en mer öppen väv om det är varmt ute.
Kotov noterar att hans textiliers bioavkänningsmekanism, som är beroende av förändringar i strömmen, är okomplicerad. I det enklaste möjliga scenariot kan förändringen i ström som indikerar närvaron av ett protein av intresse avläsas med bara ett batteri och en glödlampa. Trots enkelheten i konceptet är känsligheten fantastisk, säger Kotov. Däremot kräver konventionella metoder för att identifiera proteiner flera förberedelsesteg i ett vått labb och fluorescensavbildningsutrustning.