Det er smart at sy! Forskere opfinder tråde for at opdage gasser, når de er vævet ind i tøj

Tufts University ingeniører har udviklet en ny fremstillingsmetode til at skabe farvede tråde, der ændrer farve, når de registrerer en række forskellige gasser. Forskerne viste, at trådene kan læses visuelt, eller endnu mere præcist ved brug af et smartphone-kamera, at detektere farveændringer på grund af analytter så lave som 50 ppm. Vævet ind i tøj, smart, gasdetekterende tråde kunne give en genanvendelig, vaskbar, og overkommeligt sikkerhedsaktiv inden for medicinsk, arbejdsplads, militær- og redningsmiljøer, de siger. Studiet, offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , beskriver fremstillingsmetoden og dens evne til at udvide til en bred vifte af farvestoffer og påvisning af komplekse gasblandinger.

Selvom det ikke erstatter præcisionen af ​​elektroniske enheder, der almindeligvis bruges til at detektere flygtige gasser, inkorporering af gasdetektion i tekstiler muliggør en udstyrsfri aflæsning, uden behov for specialuddannelse, siger forskerne. En sådan tilgang kunne gøre teknologien tilgængelig for en generel arbejdsstyrke, eller til ressourcesvage samfund, der kan drage fordel af den information, tekstilerne giver.

Undersøgelsen brugte et manganbaseret farvestof, MnTPP, methyl rødt, og bromthymolblåt for at bevise konceptet. MnTPP og bromthymolblåt kan detektere ammoniak, mens methylrødt kan detektere hydrogenchlorid - gasser, der almindeligvis frigives fra rengøringsmidler, gødning og kemikalie- og materialeproduktion. En tre-trins proces "fanger" farvestoffet i tråden. Tråden dyppes først i farvestoffet, derefter behandlet med eddikesyre, hvilket gør overfladen grovere og kvælder fiberen, muligvis tillader mere bindende interaktioner mellem farvestoffet og slidbanen. Endelig, tråden er behandlet med polydimethylsiloxan (PDMS), som skaber en fleksibel, fysisk tætning omkring tråden og farvestoffet, som også afviser vand og forhindrer farvestof i at udvaskes under vask. Vigtigt, PDMS er også gasgennemtrængeligt, tillader analytterne at nå de optiske farvestoffer.

"De farvestoffer, vi brugte, virker på forskellige måder, så vi kan detektere gasser med forskellig kemi, " sagde Sameer Sonkusale, professor i elektro- og computerteknik ved Tufts University's School of Engineering, der leder Nano Lab på Tufts og er tilsvarende forfatter til undersøgelsen. Sonkusales team brugte simple farvestoffer, der detekterer gasser med syre- eller baseegenskaber. "Men da vi bruger en metode, der effektivt fanger farvestoffet til tråden, i stedet for at stole så meget på bindingskemi, vi har mere fleksibilitet til at bruge farvestoffer med en bred vifte af funktionelle kemier til at detektere forskellige typer gasser, " han sagde.

De testede farvestoffer ændrede farve på en måde, der er afhængig og proportional med koncentrationen af ​​gassen målt ved hjælp af spektroskopiske metoder. Mellem præcisionen af ​​et spektrometer og det menneskelige øje er muligheden for at bruge smartphones til at læse og kvantificere farveændringerne eller fortolke farvesignaturer ved hjælp af flere tråde og farvestoffer. "Det ville give os mulighed for at opskalere detektionen for at måle mange analytter på én gang, eller for at skelne analytter med unikke kolorimetriske signaturer, " sagde Sonkusale.

Trådene arbejdede endda under vand, at påvise eksistensen af ​​opløst ammoniak. "Mens PDMS-tætningsmidlet er hydrofobt og holder vand væk fra gevindet, de opløste gasser kan stadig nå farvestoffet for at blive kvantificeret." sagde Rachel Owyeung, hovedforfatter og kandidatstuderende i Tufts Department of Chemical and Biological Engineering. "Som sensorer for opløst gas, vi forestiller os smarte stoffer, der detekterer kuldioxid eller andre flygtige organiske forbindelser under olie- og gasefterforskning som en mulig anvendelse."

Da gentagen vask eller brug under vand ikke fortynder farvestoffet, man kan stole på trådene for ensartet kvantificerbar detektion mange gange, sagde forskerne.