La estudiante graduada de Rice University, Lauren Taylor, muestra una camisa con hilo de nanotubos de carbono que proporciona un control constante del corazón del usuario. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
No es necesario ponerse incómodos relojes inteligentes o correas para el pecho para controlar su corazón si su cómoda camisa puede hacer un mejor trabajo.
Esa es la idea detrás de la "ropa inteligente" desarrollada por un laboratorio de la Universidad de Rice, que empleó su hilo conductor de nanotubos para tejer la funcionalidad en la ropa normal.
El laboratorio de Brown School of Engineering del ingeniero químico y biomolecular Matteo Pasquali informó en la revista American Chemical Society Nano letras que cosió fibras de nanotubos en ropa deportiva para controlar la frecuencia cardíaca y tomar un electrocardiograma (EKG) continuo del usuario.
Las fibras son tan conductoras como los alambres de metal, pero lavable, cómodo y mucho menos probable que se rompa cuando un cuerpo está en movimiento, según los investigadores.
En conjunto, la camisa que mejoraron fue mejor para recopilar datos que un monitor estándar con correa para el pecho que tomaba mediciones en vivo durante los experimentos. Cuando se combina con monitores de electrodos médicos comerciales, la camisa de nanotubos de carbono dio ECG ligeramente mejores.
"La camisa tiene que estar ceñida al pecho, "dijo Lauren Taylor, estudiante de posgrado de Rice, autor principal del estudio. "En estudios futuros, nos centraremos en el uso de parches más densos de hilos de nanotubos de carbono para que haya más superficie de contacto con la piel ".
Los investigadores notaron que las fibras de nanotubos son suaves y flexibles, y la ropa que los incorpora es lavable a máquina. Las fibras se pueden coser a máquina en tela como hilo estándar. El patrón de costura en zigzag permite que la tela se estire sin romperla.
Las fibras proporcionaron no solo un contacto eléctrico constante con la piel del usuario, sino que también sirvieron como electrodos para conectar dispositivos electrónicos como transmisores Bluetooth para transmitir datos a un teléfono inteligente o conectarse a un monitor Holter que se puede guardar en el bolsillo del usuario. Taylor dijo.
El laboratorio de Pasquali introdujo la fibra de nanotubos de carbono en 2013. Desde entonces, las fibras, cada uno contiene decenas de miles de millones de nanotubos, se han estudiado para su uso como puentes para reparar corazones dañados, como interfaces eléctricas con el cerebro, para uso en implantes cocleares, como antenas flexibles y para aplicaciones automotrices y aeroespaciales. Su desarrollo también es parte del Carbon Hub basado en arroz, una iniciativa de investigación multiuniversitaria liderada por Rice y lanzada en 2019.
Los hilos de nanotubos de carbono tejidos en una camiseta deportiva en la Universidad de Rice pudieron recopilar datos de electrocardiograma y frecuencia cardíaca que coincidían con los monitores estándar y los monitores de correa para el pecho. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los filamentos de nanotubos originales, en aproximadamente 22 micrones de ancho, eran demasiado delgadas para que las manejara una máquina de coser. Taylor dijo que se utilizó un fabricante de cuerdas para crear un hilo para coser, esencialmente tres haces de siete filamentos cada uno, tejido en un tamaño aproximadamente equivalente al hilo normal.
"Trabajamos con alguien que vende pequeñas máquinas diseñadas para hacer cuerdas para modelos de barcos, "dijo Taylor, que al principio trató de tejer el hilo a mano, con éxito limitado. "Pudo hacernos un dispositivo de mediana escala que hace lo mismo".
Dijo que el patrón en zigzag se puede ajustar para tener en cuenta cuánto es probable que se estire una camisa u otra tela. Taylor dijo que el equipo está trabajando con el Dr. Mehdi Razavi y sus colegas del Texas Heart Institute para descubrir cómo maximizar el contacto con la piel.
Lauren Taylor, estudiante graduada de la Universidad de Rice, cose hilos de nanotubos de carbono en una camisa. Las fibras conductoras se pueden utilizar para hacer "ropa inteligente" capaz de controlar el corazón del usuario. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Las fibras tejidas en tela también se pueden utilizar para incrustar antenas o LED, según los investigadores. Pequeñas modificaciones en la geometría de las fibras y los componentes electrónicos asociados podrían eventualmente permitir que la ropa monitoree los signos vitales. esfuerzo de fuerza o frecuencia respiratoria.
Taylor señaló que otros usos potenciales podrían incluir interfaces hombre-máquina para automóviles o robótica suave, o como antenas, monitores de salud y protección balística en uniformes militares. "Demostramos con un colaborador hace unos años que las fibras de nanotubos de carbono son mejores para disipar energía por peso que el Kevlar, y eso fue sin algunas de las ganancias que hemos tenido desde entonces en resistencia a la tracción, " ella dijo.
Un laboratorio de la Universidad de Rice utiliza un dispositivo personalizado que teje fibras de nanotubos de carbono en hilos más grandes para coser. Luego, los hilos se usaron para hacer "ropa inteligente" capaz de controlar el corazón del usuario. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"Vemos eso, después de dos décadas de desarrollo en laboratorios de todo el mundo, este material funciona en más y más aplicaciones, "Dijo Pasquali." Debido a la combinación de conductividad, buen contacto con la piel, biocompatibilidad y suavidad, Los hilos de nanotubos de carbono son un componente natural de los wearables ".
Dijo que el mercado de los dispositivos portátiles aunque relativamente pequeño, podría ser un punto de entrada para una nueva generación de materiales sostenibles que se pueden derivar de hidrocarburos a través de la división directa, un proceso que también produce hidrógeno limpio. El desarrollo de tales materiales es un enfoque del Carbon Hub.
"Estamos en la misma situación que las células solares hace unas décadas, ", Dijo Pasquali." Necesitamos líderes de aplicaciones que puedan proporcionar un impulso para aumentar la producción y aumentar la eficiencia ".
