Camiseta ‘Inteligente’ Controla Corazón con Nanotubos de Carbono
Las fibras de nanotubos de carbono adaptables de Rice, entretejidas directamente en la ropa, recolectan ECG y frecuencia cardíaca precisos.
La Camiseta “Inteligente” Utiliza Fibras de Nanotubos de Carbono Flexibles para Controlar el Corazón
No hay necesidad de usar incómodos relojes inteligentes o bandas para el pecho para monitorear su corazón si su cómoda camiseta puede hacer una tarea mucho mejor.
Esa es la idea detrás de la “ropa inteligente” creada por un laboratorio de Rice College, que utilizó su hilo conductor de nanotubos para tejer la funcionalidad directamente en la ropa normal.
El laboratorio de Brown School of Design del ingeniero químico y biomolecular Matteo Pasquali informó en la revista American Chemical Culture Nano Letters que cosía fibras de nanotubos en ropa deportiva para realizar un seguimiento del precio del corazón y tomar un electrocardiograma continuo (EKG) del usuario.
Las fibras son tan conductoras como los cordones de metal, pero se pueden limpiar, son cómodas y es mucho menos probable que se dañen cuando un cuerpo permanece en movimiento, según los científicos.
En general, la camiseta que mejoraron fue mucho mejor para recopilar datos que una pantalla principal con una correa para el pecho que tomaba medidas en tiempo real durante los experimentos. Cuando se combinó con pantallas de electrodos clínicos industriales, la camiseta de nanotubos de carbono dio ECG ligeramente mejores.
“La camisa tiene que estar ceñida al pecho”, afirmó la estudiante graduada de Rice, Lauren Taylor, autora principal del estudio de investigación. “En investigaciones futuras, ciertamente nos concentraremos en el uso de parches más densos de hilos de nanotubos de carbono, para que haya más área de contacto con la piel”.
Los investigadores notaron que las fibras de nanotubos son suaves y versátiles, y la ropa que las incorpora se puede lavar a máquina. Las fibras se pueden coser a máquina en la tela como un hilo estándar. El patrón de costura en zigzag permite que el material se estire sin romperlo.
Las fibras proporcionaban no solo un contacto eléctrico constante con la piel del usuario, sino que también actuaban como electrodos para conectar dispositivos electrónicos como transmisores Bluetooth para transmitir datos a un teléfono móvil o conectarse a una pantalla Holter que se puede almacenar en el bolsillo del usuario, afirmó Taylor.
El laboratorio de Pasquali introdujo la fibra de nanotubos de carbono en 2013. Desde entonces, las fibras, cada una compuesta por decenas de miles de millones de nanotubos, se han examinado para su uso como puentes para reparar corazones dañados, como interfaces eléctricas de usuario con la mente, para su uso en implantes cocleares. como antenas adaptables y para aplicaciones automotrices y aeroespaciales. Su crecimiento también es parte del Centro de Carbono con sede en Rice, una iniciativa de estudio multiuniversitaria liderada por Rice y lanzada en 2019.
Los filamentos de nanotubos originales, de aproximadamente 22 micrones de ancho, eran demasiado delgados para que los cuidara un dispositivo de costura. Taylor afirmó que se utilizó un fabricante de cuerdas para crear un hilo para coser, esencialmente tres paquetes de siete filamentos cada uno, tejidos en un tamaño aproximadamente igual al hilo estándar.
“Colaboramos con alguien que vende pequeños dispositivos creados para hacer cuerdas para modelos de barcos”, afirmó Taylor, que en un principio intentó tejer la cuerda a mano, con un éxito limitado. “Pudo hacernos un dispositivo de mediana escala que hace exactamente lo mismo”.
Afirmó que el patrón en zigzag podría adaptarse para tener en cuenta cuánto es más probable que se extienda una camiseta u otro material. Taylor dijo que el equipo está colaborando con el Dr. Mehdi Razavi y sus compañeros de trabajo en el Texas Heart Institute para descubrir exactamente cómo maximizar el contacto con la piel.
Las fibras tejidas directamente en el material también se pueden usar para incrustar antenas o LED, según los investigadores. Las modificaciones menores a la geometría de las fibras y la electrónica asociada podrían eventualmente permitir que la ropa verifique los signos vitales, el esfuerzo físico o la frecuencia respiratoria.
Taylor señaló que otros usos posibles podrían consistir en interfaces de usuario humano-máquina para automóviles o robótica suave, o como antenas, monitores de bienestar y seguridad balística en uniformes militares. “Demostramos con un socio hace unos años que las fibras de nanotubos de carbono son mejores para disipar el poder por peso que el Kevlar, y eso fue sin varias de las ganancias que hemos tenido debido a la resistencia a la tracción”, dijo.
“Vemos que, después de veinte años de crecimiento en los laboratorios de todo el mundo, este material funciona en más y más aplicaciones”, afirmó Pasquali. “Debido a la combinación de conductividad, excelente contacto con la piel, biocompatibilidad y suavidad, las cuerdas de nanotubos de carbono son una parte natural de los wearables”.
Dijo que el mercado de dispositivos portátiles, aunque relativamente pequeño, podría ser un factor de acceso para una nueva generación de materiales sostenibles que pueden derivarse de los hidrocarburos mediante la división directa, un proceso que también produce hidrógeno limpio. El avance de tales productos es un énfasis del Carbon Hub.
“Estamos en las mismas circunstancias que las células solares hace un par de años”, afirmó Pasquali. “Necesitamos líderes en aplicaciones que puedan proporcionar un impulso para aumentar la producción y aumentar la eficiencia”.
Referencia: “Electrodos y cables de señal de carbono, lavables y cosibles para ropa electrónica” por Lauren W. Taylor, Steven M. Williams, J. Stephen Yan, Oliver S. Dewey, Flavia Vitale y Matteo Pasquali, 30 de agosto de 2021, Nano letras .
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c01039
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