变色墨水使衣服变成巨型化学传感器

一种丝绸基物质可能催生新型可穿戴设备

托马斯·福克斯

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一种新型变色墨水可能有助于健康和环境监测——例如,允许衣服在接触汗液时改变颜色,或者挂毯在危险气体进入房间时改变颜色。这种配方可以印在从 T 恤到帐篷的任何物品上。

可穿戴传感设备,如智能手表和贴片,使用电子设备来监测心率、血糖等。现在,塔夫茨大学 Silklab 的研究人员表示,他们新的丝绸基墨水可以响应并量化身体上或周围化学物质的存在。Silklab 的生物医学工程师、7 月份在《Advanced Materials》上发表的关于这项技术的新论文的资深作者 Fiorenzo Omenetto 说,丝绸“像生物材料的保护性‘茧’一样发挥作用”的能力意味着,必要的传感和变色化合物可以添加到墨水中而不会失去其功能。

研究人员改进了早期与喷墨打印机配合使用的迭代版本,用化学物质海藻酸钠增稠墨水,使其适用于丝网印刷,然后添加了各种反应性物质。Omenetto 说,有了这种新墨水,他们现在可以“轻松地将大量反应性元素印刷到大型表面上”。


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该团队通过将原始丝纤维分解成组成蛋白质来制备墨水,研究人员将这些蛋白质悬浮在水中。接下来,他们混合了各种反应性分子,并分析了所得产品在暴露于环境变化时如何改变颜色。例如,当印在织物上并穿着时,pH 指示剂可以传达有关皮肤健康或脱水的信息;乳酸氧化酶可以测量穿着者的疲劳程度。这些变化是肉眼可见的,但研究人员还使用了相机成像分析来持续监测颜色变化并创建数值数据库。

Omenetto 说:“就 T 恤而言,穿着者通过锻炼‘绘制’衬衫——颜色与汗液的酸度分布相关。” 他说,这种墨水也可以调整用于跟踪房间内的环境变化,或响应细菌并跟踪疾病进展。

夏威夷大学马诺阿分校的机械工程师 Tyler Ray 没有参与这项研究,他指出,当今大多数可穿戴监测器都是刚性的且相当笨重。他说,新的墨水技术“有可能将消费级可穿戴设备从娱乐性新奇设备转变为可穿戴在身上、临床级别的生理测量工具,从而产生医生可操作的信息”。但是,“任何比色方法的挑战之一是各种环境条件对准确性的影响,例如照明……或使用的相机。” 未来的工作需要解决这些问题。

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