科学家开发“智能服装” 使用碳纳米管纤维来保持对心脏的监测

该校布朗工程学院化学和生物分子工程师Matteo Pasquali的实验室在美国化学学会杂志《纳米通讯》上报告说，它将纳米管纤维缝入运动服，以监测心率并对穿着者进行持续的心电图监测。

据研究人员说，这种纤维与金属线一样具有导电性，但可清洗、舒适，而且当身体处于运动状态时，断裂的可能性小得多。总的来说，他们加强的服装在收集数据方面比在实验中进行现场测量的标准胸带式监测器更好。当与商业医疗电极监测器相匹配时，碳纳米管服装的心电图效果略好。

"这件服装必须紧贴胸部，"该研究的主要作者、莱斯大学研究生劳伦-泰勒说。"在未来的研究中，我们将专注于使用更密集的碳纳米管线块，以便有更多的表面积接触皮肤。"

研究人员指出，纳米管纤维柔软而有弹性，加入了它们的衣服可以机洗。这些纤维可以像标准线一样用机器缝在织物上。之字形的缝合模式允许织物拉伸而不破坏它们。

泰勒说，这些纤维不仅能与穿戴者的皮肤提供稳定的电接触，还能作为电极连接蓝牙发射器等电子设备，将数据转发到智能手机上，或连接到可以放在用户口袋里的Holter监测器。

Pasquali的实验室在2013年推出了碳纳米管纤维。从那时起，每根含有数百亿个纳米管的纤维已被研究用于修复受损心脏的桥梁，作为大脑的电接口，用于人工耳蜗，作为柔性天线以及汽车和航空航天应用。它们的开发也是基于莱斯大学的碳中心的一部分，这是一个由莱斯大学领导的多大学研究倡议，于2019年启动。

最初的纳米管丝大约有22微米宽，太细了，缝纫机无法处理。泰勒说，使用了一个制绳机来制造可缝制的线，基本上是三束，每束七根细丝，织成与普通线大致相当的尺寸。

泰勒说："我们与一个卖小机器的人合作，这个小机器是为模型船制作绳索而设计的，"泰勒说，他们起初试图用手编织线，但成功率有限。"他能够为我们制作一个中等规模的设备，可以做到这一点。"

她说，"之"字形图案可以进行调整，以考虑到一件运动服或其他织物可能的拉伸程度。泰勒说，该团队正在与Mehdi Razavi博士和他在德克萨斯心脏研究所的同事合作，以弄清如何最大限度地与皮肤接触。

研究人员表示，织入织物的纤维还可以用来嵌入天线或LED。对纤维的几何形状和相关的电子器件稍作修改，最终可以让衣服监测生命体征、用力或呼吸频率。

泰勒指出，其他潜在用途可能包括汽车或软体机器人的人机界面，或作为天线、健康监测器和军服的防弹保护。她说：“我们几年前与一个合作者证明了碳纳米管纤维在单位重量上比凯夫拉尔纤维更好地消散能量，而且这还没有我们后来在抗拉强度方面取得的一些进展。”

"我们看到，在全世界的实验室中经过20年的发展，这种材料在越来越多的应用中发挥作用，"Pasquali说。"由于结合了导电性、与皮肤的良好接触、生物相容性和柔软性，碳纳米管线是可穿戴设备的一个自然组成部分。"

他说，可穿戴设备市场虽然相对较小，但可以成为新一代可持续材料的一个切入点，这些材料可以通过直接分裂从碳氢化合物中提取，这一过程也可以产生清洁的氢气。开发这种材料是碳中心的一个重点。

"我们现在的情况与几十年前的太阳能电池一样，"Pasquali说。“我们需要能够为扩大生产规模和提高效率提供动力的应用领导者。”