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印在可穿戴紡織品上的生物活性油墨可以繪制出整個身體表面的狀況

2020/6/7 12:23:00 來源: 評論(0)0

紡織品生物活性油墨身體表面狀況

塔夫茨大學工程學院的研究人員開發了基于生物材料的墨水,通過改變顏色來響應和量化從人體(如汗液和潛在的其他生物流體)或周圍環境中釋放的化學物質。這種墨水可以以復雜的圖案和高分辨率的方式絲網印刷在衣服、鞋子、甚至面罩等紡織品上,提供人類反應或暴露的詳細地圖。《Advanced  Materials》雜志報道的可穿戴傳感方面的進展,可以利用傳統的服裝和制服,同時檢測和量化身體表面的各種生物條件、分子和可能的病原體。

"使用新型生物活性油墨與非常常見的絲網印刷方法為大規模生產具有大量傳感器的柔軟、可穿戴的織物提供了有希望的機會,這些傳感器可以應用于檢測一系列條件,"通訊作者、塔夫茨工程學院Fiorenzo  Omenetto教授說。"這些織物最終可能會出現在工作場所的制服、運動服裝,甚至家具和建筑結構上。"


可穿戴傳感設備在監測人類表現和健康方面引起了相當大的興趣。許多這樣的設備已經被發明出來,在可穿戴貼片、腕帶和其他配置中加入電子元件,監測局部或整體生理信息,如心率或血糖。塔夫茨團隊的研究采用了一種不同的、互補的方法,使用傳感服裝對理論上非常多的分析物進行非電子、比色檢測,這些服裝可以分布在非常大的區域:從一個貼片到整個身體,甚至更多。

使傳感衣服成為可能的成分是生物激活的絲基油墨。這些墨水配方中的可溶性絲基質可以通過嵌入各種 "報告  "分子進行修飾,如pH敏感指標,或像乳酸氧化酶這樣的酶來指示汗液中的乳酸水平。前者可以是皮膚健康或脫水的指標,而后者可以指示穿著者的疲勞程度。由于絲纖維素蛋白的多功能性,可以通過用化學敏感的染料、酶、抗體等活性分子對其進行修飾,創造出許多其他的墨水衍生物。雖然報告分子本身可能是不穩定的,但當它們嵌入墨水配方中的絲纖維素內時,它們可以變得穩定。

該油墨是通過與增稠劑(海藻酸鈉)和增塑劑(甘油)相結合,為絲網印刷應用而配制的。絲網印刷生物墨水可以像任何為絲網印刷而開發的墨水一樣使用,因此不僅可以應用在衣服上,還可以應用在各種表面,如木材、塑料和紙張上,以產生從數百微米到數十米的圖案。雖然油墨所呈現的顏色變化可以為分析物的存在與否提供視覺線索,但使用相機成像分析掃描服裝或其他材料可以收集到更精確的數量和高分辨率、亞毫米圖譜信息。

該技術建立在同一研究人員早先的工作基礎上,開發了為噴墨打印配制的生物活性絲墨,以創建培養皿、紙傳感器和實驗室手套,可以通過改變顏色來指示細菌污染。

"絲網印刷的方法提供了相當于擁有一個大型的、多路的傳感器排列,覆蓋了身體的廣泛區域,如果作為服裝穿戴,甚至是在大的表面,如房間內部,"塔夫茨工程學院生物醫學工程研究助理教授和論文的第一作者Giusy  Matzeu說。"結合圖像分析,我們可以獲得大面積的高分辨率顏色反應圖,并對整體生理或環境狀態有更深入的了解。理論上,我們可以將這種方法擴展到跟蹤空氣質量,或支持流行病學的環境監測。"

事實上,這種方法使用的是普通的印刷技術,也為創造性的應用開辟了途徑,這一點由最近在塔夫茨大學博士畢業的Laia  Mogas-Soldevila在Omenetto的絲綢實驗室中進行了探索。Mogas-Soldevila制造了美麗的掛毯,在美國和歐洲的博物館中展出。這些展示是互動式的,參觀者可以將不同的、無毒的化學物質噴灑到織物上,并觀看圖案的變化。"論文標題為《LargeScale  Patterning of Reactive Surfaces for Wearable and Environmentally Deployable  Sensors》。

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