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印在可穿戴纺织品上的生物活性油墨可以绘制出整个身体表面的状况

   日期:2020-06-07     来源:科技报告与资讯    浏览:33    评论:0    

塔夫茨大学工程学院的研究人员开发了基于生物材料的墨水,通过改变颜色来响应和量化从人体(如汗液和潜在的其他生物流体)或周围环境中释放的化学物质。这种墨水可以以复杂的图案和高分辨率的方式丝网印刷在衣服、鞋子、甚至面罩等纺织品上,提供人类反应或暴露的详细地图。《Advanced Materials》杂志报道的可穿戴传感方面的进展,可以利用传统的服装和制服,同时检测和量化身体表面的各种生物条件、分子和可能的病原体。

"使用新型生物活性油墨与非常常见的丝网印刷方法为大规模生产具有大量传感器的柔软、可穿戴的织物提供了有希望的机会,这些传感器可以应用于检测一系列条件,"通讯作者、塔夫茨工程学院Fiorenzo Omenetto教授说。"这些织物最终可能会出现在工作场所的制服、运动服装,甚至家具和建筑结构上。"


可穿戴传感设备在监测人类表现和健康方面引起了相当大的兴趣。许多这样的设备已经被发明出来,在可穿戴贴片、腕带和其他配置中加入电子元件,监测局部或整体生理信息,如心率或血糖。塔夫茨团队的研究采用了一种不同的、互补的方法,使用传感服装对理论上非常多的分析物进行非电子、比色检测,这些服装可以分布在非常大的区域:从一个贴片到整个身体,甚至更多。

使传感衣服成为可能的成分是生物激活的丝基油墨。这些墨水配方中的可溶性丝基质可以通过嵌入各种 "报告 "分子进行修饰,如pH敏感指标,或像乳酸氧化酶这样的酶来指示汗液中的乳酸水平。前者可以是皮肤健康或脱水的指标,而后者可以指示穿着者的疲劳程度。由于丝纤维素蛋白的多功能性,可以通过用化学敏感的染料、酶、抗体等活性分子对其进行修饰,创造出许多其他的墨水衍生物。虽然报告分子本身可能是不稳定的,但当它们嵌入墨水配方中的丝纤维素内时,它们可以变得稳定。

该油墨是通过与增稠剂(海藻酸钠)和增塑剂(甘油)相结合,为丝网印刷应用而配制的。丝网印刷生物墨水可以像任何为丝网印刷而开发的墨水一样使用,因此不仅可以应用在衣服上,还可以应用在各种表面,如木材、塑料和纸张上,以产生从数百微米到数十米的图案。虽然油墨所呈现的颜色变化可以为分析物的存在与否提供视觉线索,但使用相机成像分析扫描服装或其他材料可以收集到更精确的数量和高分辨率、亚毫米图谱信息。

该技术建立在同一研究人员早先的工作基础上,开发了为喷墨打印配制的生物活性丝墨,以创建培养皿、纸传感器和实验室手套,可以通过改变颜色来指示细菌污染。

"丝网印刷的方法提供了相当于拥有一个大型的、多路的传感器排列,覆盖了身体的广泛区域,如果作为服装穿戴,甚至是在大的表面,如房间内部,"塔夫茨工程学院生物医学工程研究助理教授和论文的第一作者Giusy Matzeu说。"结合图像分析,我们可以获得大面积的高分辨率颜色反应图,并对整体生理或环境状态有更深入的了解。理论上,我们可以将这种方法扩展到跟踪空气质量,或支持流行病学的环境监测。"

事实上,这种方法使用的是普通的印刷技术,也为创造性的应用开辟了途径,这一点由最近在塔夫茨大学博士毕业的Laia Mogas-Soldevila在Omenetto的丝绸实验室中进行了探索。Mogas-Soldevila制造了美丽的挂毯,在美国和欧洲的博物馆中展出。这些展示是互动式的,参观者可以将不同的、无毒的化学物质喷洒到织物上,并观看图案的变化。"论文标题为《LargeScale Patterning of Reactive Surfaces for Wearable and Environmentally Deployable Sensors》。

 
 
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