В музеях всего мира представлена одежда разных эпох, демонстрирующая развитие человечества. По одежде можно определить родную страну, социальный статус, примерный возраст и религию владельца. Одежда также наглядно показывает материалы и технологии, доступные в конкретном историческом периоде. Согласно последним исследованиям, в будущем функциональность одежды может выйти за рамки моды, защиты и комфорта. В частности, уже сегодня появился медицинский текстиль. Это, например, эластичные ткани с электродами из углеродных нанотрубок, которые контролируют работу сердца.
Медицинский текстиль сочетает гибкие ткани, которые плавно переходят в анатомию тела, с электроникой. Последняя может улавливать различные сигналы, такие как электрическая активность сердца. Однако для того, чтобы биочувствительность такого текстиля была достаточной, встроенная в него электроника должна соответствовать гибкости ткани и не влиять на тепловые и влагопередающие свойства материала.
Чтобы добиться этого, исследователи из лаборатории Маттео Паскуали в Университете Райса изготовили проводящие нити на основе углеродных нанотрубок и сшили из них эластичные ткани. Они обещают долговечность и функциональность полученных устройств на текстильной основе в качестве систем мониторинга здоровья.
Исследователи подробно описывают неинвазивную стратегию непрерывного мониторинга. Электроды из углеродных нанотрубок успешно используются для регистрации электрических сигналов сердца даже после 10 машинных стирок и 1000 циклов растяжения.
«Основная проблема существующей коммерческой гибридной электронной одежды заключается в том, что металлические сплавы, используемые в этих тканях, как правило, имеют плохие механические свойства и не выдерживают многократной стирки и носки. Здесь наша технология продемонстрировала большой прорыв. Наши нити на углеродной основе обладают необходимой электропроводимостью, но при этом отличаются выдающейся механической прочностью, а также мягкостью и гибкостью хлопка».
Лорен Тейлор, ведущий автор, бывшая аспирантка лаборатории Паскуали
Медицинский текстиль с нанотехнологиями
Чтобы сформировать нити углеродных нанотрубок, учёные сплели 21 цилиндрическую углеродную нанотрубку в одну нить. Для этого они использовали специально произведённое на заказ устройство для изготовления веревок. Полученные углеродные нити имеют электрическую проводимость, сравнимую с проводимостью металлов. При этом они мягкие и гибкие.
Затем команда сшила нити длиной 2, 15, 30 и 60 см в эластичные браслеты, используя зигзагообразный узор для более лёгкого растяжения ткани. Электроды, размещённые на запястьях, могут чётко улавливать сигналы ЭКГ для оценки состояния сердца. Кроме того, текстильные электроды также могут измерять электрические сигналы от активных мышц. Таким образом, полученный материал позволяет оценивать не только сердечную деятельность, но и физическую активность в целом.
Медицинский текстиль для спорта и фитнеса
Традиционно спортивная одежда изготавливается из тянущихся тканей, которые плотно прилегают к коже и облегчают движения тела. Чтобы медицинский текстиль также мог обеспечить мониторинг состояния здоровья во время физических нагрузок, авторы нашили пять 15-сантиметровых электродов из углеродных нанотрубок на спортивную футболку в холтеровской конфигурации (схема размещения электродов, используемая при непрерывном мониторинге ЭКГ). Это позволило записывать полную ЭКГ, пока пользователь сидит, ходит или бегает трусцой.
Оказалось, что нити из углеродных нанотрубок фиксируют показатели сердечного ритма точнее, чем стандартные мониторы.
Дополнительные нити из углеродных нанотрубок, вшитые через рубашку, соединяют электроды с монитором Bluetooth, расположенным в задней части шеи, который по беспроводной связи передаёт записанные данные на ближайший смартфон.
Авторы попросили трёх кардиологов оценить качество слепых сигналов ЭКГ, записанных углеродными нанотрубками и коммерческими устройствами. Все они нашли, что сигналы от электродов на текстильной основе были «немного лучше» из-за более точного определения сердечных волн.
«Когда мы делали рубашку с ЭКГ, я ожидал преимуществ в ношении и стирки — в сущности, в удобстве. И никак не ожидал, что качество ЭКГ также будет выше, мне повезло».
