Las fibras de nanotubos de carbono flexibles tejidas en la ropa combinan la precisión del electrocardiograma y la frecuencia cardíaca

La estudiante graduada de Rice University, Lauren Taylor, muestra una camiseta con nanotubos de carbono enhebrados que brindan un monitoreo continuo del corazón del usuario. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University

No es necesario usar incómodos relojes inteligentes o correas para el pecho para controlar su corazón si su cómoda camisa puede hacer un mejor trabajo.


Esta es la idea detrásropa inteligenteFue desarrollado por un laboratorio de la Universidad de Rice, que utilizó filamentos de nanotubos conductores para tejer funciones en la ropa normal.

El Laboratorio de Ingeniería Química y Biomolecular del Brown College of Engineering Matteo Pasquale informó en el Journal of the American Chemical Society nano mensajes Cosieron fibras de nanotubos en ropa deportiva para controlar la frecuencia cardíaca y tomar un electrocardiograma continuo (EKG) del usuario.

Las fibras son tan conductoras como el alambre de metal, pero son lavables, cómodas y es menos probable que se rompan cuando el cuerpo está en movimiento, según los investigadores.

En general, la camiseta que mejoraron fue mejor en la recopilación de datos que un monitor estándar con correa para el pecho que tomó medidas en vivo durante los experimentos. Cuando se combinó con monitores de electrodos comerciales, la camisa de nanotubos de carbono dio ECG ligeramente mejores.

“La camisa debe quedar ceñida al pecho”, dijo Lauren Taylor, estudiante de posgrado en Rice y autora principal del estudio. “En estudios futuros, nos centraremos en el uso de parches más densos de hebras de nanotubos de carbono para que haya más superficie de contacto con la piel”.

Los investigadores señalan que las fibras de nanotubos son suaves y flexibles, y que la ropa que contienen se puede lavar a máquina. Las fibras se pueden coser a máquina en la tela como un hilo estándar. El patrón de puntada en zigzag permite que la tela se estire sin romperse.

Taylor dijo que las fibras no solo proporcionan una conexión eléctrica estable a la piel del usuario, sino que también actúan como electrodos para conectar dispositivos electrónicos como transmisores Bluetooth para transmitir datos a un teléfono inteligente o conectarse a un monitor Holter que podría almacenarse en el bolsillo del usuario.

El laboratorio de Pasquale introdujo fibras de nanotubos de carbono en 2013. Desde entonces, las fibras, cada una de las cuales 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 su uso en implantes cocleares, como flexibles antenas y para aplicaciones coches y espaciales. Su desarrollo también es parte del Carbon Hub basado en arroz, una iniciativa de investigación multiuniversitaria liderada por Rice y lanzada en 2019.

Camisa

Las hebras de nanotubos de carbono tejidas 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

Las hebras originales de nanotubos, de unas 22 micras de ancho, eran demasiado delgadas para que las manejara una máquina de coser. Taylor dijo que el fabricante de cuerdas se utilizó para crear un hilo cosible, que consiste esencialmente en tres paquetes de siete hebras cada uno, tejidos en un tamaño aproximadamente equivalente al hilo normal.

“Trabajamos con alguien que vendía pequeñas máquinas diseñadas para hacer cuerdas para modelos de barcos”, dijo Taylor, quien inicialmente trató de tejer el hilo a mano, con un éxito limitado. “Pudo conseguirnos un dispositivo de tamaño medio que hace lo mismo”.

Dijo que el patrón en zigzag se puede modificar para calcular cuánto estiramiento es probable que se pueda estirar una camisa u otras telas. 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.

Camisa

Lauren Taylor, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, cose hilos de nanotubos de carbono en una camiseta. Se podrían usar fibras conductoras para hacer “ropa inteligente” capaz de monitorear el corazón del usuario. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University

Las fibras tejidas en la tela también se pueden usar para incrustar antenas o luces LED, según los investigadores. Pequeñas modificaciones en la geometría de las fibras y la electrónica adherida a la prenda podrían eventualmente permitir el monitoreo de los signos vitales, la fuerza del esfuerzo o la frecuencia respiratoria.

Taylor señaló que otros usos potenciales podrían incluir interfaces hombre-máquina para automóviles o robots blandos, o como antenas y dispositivos de control de la salud y protección balística en uniformes. “Nosotros y un colaborador hace unos años mostramos este carbono fibras de nanotubos Son mejores para disipar la potencia en función del peso que el Kevlar, y eso sin algunos de los avances que hemos logrado desde entonces en la resistencia a la tracción “.

Camisa

El laboratorio de la Universidad de Rice utiliza un dispositivo personalizado que teje fibras de nanotubos de carbono en hilos de sutura más grandes. Los hilos se usaron luego para hacer “ropa inteligente” capaz de monitorear el corazón del usuario. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University

“Estamos viendo que después de dos décadas de desarrollo en laboratorios de todo el mundo, estos materiales están trabajando en más y más aplicaciones”, dijo Pasquale. “Debido a su combinación de conductividad, buen contacto con la piel, biocompatibilidad y suavidad, los filamentos de nanotubos de carbono son un componente natural de los dispositivos portátiles”.

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 los hidrocarburos a través de la división directa, un proceso que también produce hidrógeno limpio. El desarrollo de tales materiales es el foco de Carbon Hub.

“Estamos en la misma situación que Células solares “Fue hace algunas décadas”, dijo Pasquale. “Necesitamos líderes de aplicaciones que puedan proporcionar el impulso para aumentar la producción y aumentar la eficiencia”.


Las fibras tejidas de nanotubos convierten el calor en energía


más información:
Lauren W. Taylor et al, Electrodos lavables, costura y cables de señalización para prendas electrónicas, nano mensajes (2021). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c01039

Introducción de
Universidad de Rice

La frase: Las fibras de nanotubos de carbono flexibles tejidas en la ropa recolectan ECG y frecuencia cardíaca precisos (2021, 30 de agosto). Recuperado el 30 de agosto de 2021 de https://phys.org/news/2021-08-flexible-carbon-nanotube- fiber-woven. html

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