211service.com
Carbon-Nanorør tråd
Intelligente tekstiler kan overvåge vitale tegn, advare om allergener, endda køle deres bærere af, når temperaturen stiger. Men sammenkobling af stoffer med sensorer har vist sig at være en udfordring: De fleste elektroniske tekstiler er for omfangsrige til at kunne bæres komfortabelt og kan ikke udføre sofistikerede operationer. Nu har forskere coatet konventionel bomuldstråd med stærkt ledende, biosensende kulstofnanorør. Trådene kan væves ind i stoffer, der er lette og bærbare, men fungerer som enkle, følsomme sensorer, der blandt andre funktioner kan registrere menneskeblod.
Nanorør tekstiler: Bomuldstråd dyppet i en blanding af kulstofnanorør og ledende polymerer bærer nok elektrisk strøm til at tænde en lysemitterende diode.
Vi ønskede at skabe et alternativ til de meget komplekse elektroniske tekstiler, der er udviklet tidligere, siger Nicholas Kotov , professor i kemiteknik ved University of Michigan. Mange elektroniske tekstiler indeholder metalliske tråde, som er tunge og udsat for korrosion, eller fiberoptik, som er omfangsrige. Og mens andre grupper har forsøgt at inkorporere kulstof-nanorør, som kan bære både elektrisk strøm og data, i tekstiler, har forskerne kun haft ringe succes.
Kotovs stoffer, som er lavet ved at dyppe bomuld i en blanding af kulstofnanorør og en ledende polymer, bærer mere strøm end tidligere nanorørstekstiler. I arbejde udgivet online i Nano bogstaver , viste Kotov, at en lysemitterende diode (LED) sat ind i et kredsløb mellem to af de coatede bomuldstråde skinner klart. Demonstrationen af, at et tekstil kan bære så meget strøm, er betagende, siger Juan Hinestrosa , professor i fibervidenskab og leder af Textiles Nanotechnology Laboratory ved Cornell University.
Michigan-gruppen er også den første til at demonstrere biosensing med nanorørtekstiler. Kulstof-nanorør bliver i vid udstrækning udviklet til kemisk sansning og klinisk diagnostik, delvist fordi det er nemt at dekorere dem med bindende molekyler som antistoffer: Når et målmolekyle binder til nanorøret, ændrer det nanorørets ledningsevne på en måde, der er detekterbar. I dette tilfælde dekorerede Kotov kulstofnanorørene med antistoffer mod det humane blodprotein albumin, hvilket demonstrerede, at tekstilerne kunne bruges til at påvise menneskeblod. Tekstilerne reagerer ikke på bovint albumin, hvilket viser, at sensorerne er meget specifikke for deres mål.
Værket vil åbne en vej til en ny generation af bærbare materialer, forudser Hinestrosa. Han fortæller, at Kotovs nanorør-coatede bomuld bevarer tekstilets egenskaber og tilføjer nye funktioner. Albumin-sansende tøj til soldater kunne advare fjerntliggende medicinske hold om, at en soldat bløder, siger Kotov. Ændringen i strøm, der indikerer tilstedeværelsen af et sår, kunne opfanges af en bærbar computer, som derefter ville sende en besked. Tekstiler, der indeholder antistofbehandlede nanorør, kan også advare bæreren om allergener ved at tænde lysdioder eller sende en besked til en mobiltelefon. Tøj, der indeholder flere strimler af følestof, hver målrettet mod en anden biomarkør eller til parametre som temperatur, ville være i stand til mere sofistikeret overvågning af vitale tegn.
Vi kommer tættere på målet om intelligente tekstiler, siger Pulickel Ajayan , professor i maskinteknik og materialevidenskab ved Rice University. Kotovs arbejde, siger han, er en god demonstration af, at tekstiler, der indeholder nanomaterialer, kan mere end blot at lede elektricitet.
Fordelen ved at inkorporere kulstof nanorør i tekstiler, siger Hinestrosa, er, at de kan udføre mange forskellige funktioner, hvilket gør det unødvendigt at tilføje ekstra, omfangsrige komponenter. Man kan bruge de samme tråde som ledere, sensorer og som transducere af signalet, siger han. For eksempel, i tøj, der tilpasser sig vejret, kunne kulstofnanorør mærke temperaturen, føre aflæsningen til en bærbar computer og derefter bære et signal fra computeren, der leder fibrene til at tilpasse sig en mere åben vævning, hvis det er varmt ude.
Kotov bemærker, at hans tekstilers biosensing-mekanisme, som er afhængig af ændringer i strøm, er ukompliceret. I det enklest mulige scenarie kan ændringen i strøm, der indikerer tilstedeværelsen af et protein af interesse, aflæses ved hjælp af intet andet end et batteri og en pære. På trods af konceptets enkelhed er følsomheden fantastisk, siger Kotov. I modsætning hertil kræver konventionelle metoder til at identificere proteiner flere forberedelsestrin i et vådt laboratorium og fluorescensbilleddannelsesudstyr.