211service.com
Draad van koolstof-nanobuis
Intelligent textiel kan vitale functies bewaken, waarschuwen voor allergenen en zelfs de dragers afkoelen als de temperatuur stijgt. Maar het bedraden van stoffen met sensoren bleek een uitdaging: het meeste elektronische textiel is te omvangrijk om comfortabel te worden gedragen en kan geen geavanceerde bewerkingen uitvoeren. Nu hebben onderzoekers conventionele katoenen draad gecoat met zeer geleidende, biosensing koolstofnanobuisjes. De draden kunnen worden geweven tot stoffen die lichtgewicht en draagbaar zijn, maar fungeren als eenvoudige, gevoelige sensoren die, naast andere functies, menselijk bloed kunnen detecteren.
Nanobuis textiel: Katoenen draad gedompeld in een mengsel van koolstofnanobuisjes en geleidende polymeren voert genoeg elektrische stroom om een lichtgevende diode te laten oplichten.
We wilden een alternatief creëren voor het zeer complexe elektronische textiel dat eerder is ontwikkeld, zegt Nicholas Kotov , een professor in chemische technologie aan de Universiteit van Michigan. Veel elektronisch textiel bevat metalen draden, die zwaar zijn en vatbaar voor corrosie, of glasvezel, die omvangrijk zijn. En terwijl andere groepen hebben geprobeerd koolstofnanobuisjes, die zowel elektrische stroom als gegevens kunnen vervoeren, in textiel op te nemen, hebben de onderzoekers weinig succes gehad.
De stoffen van Kotov, die worden gemaakt door katoen in een mengsel van koolstofnanobuizen en een geleidend polymeer te dompelen, voeren meer stroom dan eerdere nanobuistextiel. In werk gepubliceerd online in Nano-letters , Kotov toonde aan dat een lichtemitterende diode (LED) die in een circuit tussen twee van de gecoate katoenen draden is geplaatst, helder schijnt. De demonstratie dat een textiel zoveel stroming kan dragen is adembenemend, zegt Juan Hinestrosa , een professor in vezelwetenschap en hoofd van het Textiles Nanotechnology Laboratory aan de Cornell University.
De Michigan-groep is ook de eerste die biosensing demonstreert met nanobuistextiel. Koolstofnanobuisjes worden uitgebreid ontwikkeld voor chemische detectie en klinische diagnostiek, deels omdat het eenvoudig is om ze te versieren met bindende moleculen zoals antilichamen: wanneer een doelmolecuul zich aan de nanobuis bindt, verandert het de geleidbaarheid van de nanobuis op een detecteerbare manier. In dit geval versierde Kotov de koolstofnanobuisjes met antilichamen tegen het menselijk bloedeiwit albumine, wat aantoont dat het textiel kan worden gebruikt om menselijk bloed te detecteren. Het textiel reageert niet op runderalbumine, wat aantoont dat de sensoren zeer specifiek zijn voor hun doelwit.
Het werk opent de weg naar een nieuwe generatie draagbare materialen, voorspelt Hinestrosa. Hij zegt dat Kotov's met nanobuisjes gecoate katoen de eigenschappen van het textiel behoudt en nieuwe functies toevoegt. Albuminegevoelige kleding voor soldaten zou medische teams op afstand kunnen waarschuwen voor het feit dat een soldaat bloedt, zegt Kotov. De verandering in stroom die de aanwezigheid van een wond aangeeft, kan worden opgepikt door een draagbare computer die vervolgens een bericht verzendt. Textiel waarin met antilichamen behandelde nanobuisjes zijn verwerkt, kan de drager ook waarschuwen voor allergenen door leds te laten branden of een bericht naar een mobiele telefoon te sturen. Kleding met meerdere stroken detectiestof, elk gericht op een andere biomarker of op parameters zoals temperatuur, zou in staat zijn tot meer geavanceerde monitoring van vitale functies.
We komen dichter bij het doel van intelligent textiel, zegt Pulickel Ajayan , een professor in werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan de Rice University. Het werk van Kotov, zegt hij, is een goede demonstratie dat textiel waarin nanomaterialen zijn verwerkt meer kan doen dan alleen elektriciteit geleiden.
Het voordeel van het verwerken van koolstofnanobuisjes in textiel, zegt Hinestrosa, is dat ze veel verschillende functies kunnen vervullen, waardoor het niet nodig is om extra, omvangrijke componenten toe te voegen. Je kunt dezelfde draden gebruiken als geleiders, sensoren en als omvormers van het signaal, zegt hij. In kleding die zich bijvoorbeeld aan het weer aanpast, kunnen koolstofnanobuisjes de temperatuur meten, de meting naar een draagbare computer overbrengen en vervolgens een signaal van de computer overbrengen dat de vezels ertoe aanzet om zich aan te passen aan een meer open weefsel als het warm is.
Kotov merkt op dat het biosensing-mechanisme van zijn textiel, dat afhankelijk is van veranderingen in stroom, ongecompliceerd is. In het eenvoudigst mogelijke scenario kan de verandering in stroom die de aanwezigheid van een interessant eiwit aangeeft, worden afgelezen met niets meer dan een batterij en een gloeilamp. Ondanks de eenvoud van het concept, is de gevoeligheid verbluffend, zegt Kotov. Conventionele methoden voor het identificeren van eiwitten vereisen daarentegen meerdere voorbereidingsstappen in een nat laboratorium en fluorescentiebeeldvormingsapparatuur.