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Filo di nanotubi di carbonio
I tessuti intelligenti potrebbero monitorare i segni vitali, avvertire degli allergeni e persino rinfrescare chi li indossa quando la temperatura aumenta. Ma il cablaggio dei tessuti con i sensori si è rivelato una sfida: la maggior parte dei tessuti elettronici è troppo ingombrante per essere indossata comodamente e non può eseguire operazioni sofisticate. Ora i ricercatori hanno rivestito il filo di cotone convenzionale con nanotubi di carbonio altamente conduttivi e biosensibili. I fili possono essere intrecciati in tessuti leggeri e indossabili ma agiscono come sensori semplici e sensibili che possono, tra le altre funzioni, rilevare il sangue umano.
Tessuti nanotubi: Il filo di cotone immerso in una miscela di nanotubi di carbonio e polimeri conduttivi trasporta corrente elettrica sufficiente per accendere un diodo a emissione di luce.
Volevamo creare un'alternativa ai tessuti elettronici molto complessi sviluppati in precedenza, afferma Nicholas Kotov , professore di ingegneria chimica presso l'Università del Michigan. Molti tessuti elettronici incorporano fili metallici, che sono pesanti e soggetti a corrosione, o fibre ottiche, che sono ingombranti. E mentre altri gruppi hanno cercato di incorporare nanotubi di carbonio, che possono trasportare sia corrente elettrica che dati, nei tessuti, i ricercatori hanno avuto scarso successo.
I tessuti di Kotov, realizzati immergendo il cotone in una miscela di nanotubi di carbonio e un polimero conduttivo, trasportano più corrente rispetto ai precedenti tessuti di nanotubi. In un lavoro pubblicato online in Nano lettere , Kotov ha mostrato che un diodo a emissione di luce (LED) inserito in un circuito tra due dei fili di cotone rivestiti brilla brillantemente. La dimostrazione che un tessuto può portare così tanta corrente è mozzafiato, dice Juan Hinestrosa , professore di scienze delle fibre e capo del Textiles Nanotechnology Laboratory presso la Cornell University.
Il gruppo del Michigan è anche il primo a dimostrare il biosensore con i tessuti di nanotubi. I nanotubi di carbonio sono stati ampiamente sviluppati per il rilevamento chimico e la diagnostica clinica, in parte perché è semplice decorarli con molecole leganti come gli anticorpi: quando una molecola bersaglio si lega al nanotubo, cambia la conduttività del nanotubo in modo rilevabile. In questo caso, Kotov ha decorato i nanotubi di carbonio con anticorpi contro l'albumina della proteina del sangue umano, dimostrando che i tessuti potrebbero essere utilizzati per rilevare il sangue umano. I tessuti non rispondono all'albumina bovina, dimostrando che i sensori sono molto specifici per il loro obiettivo.
Il lavoro aprirà la strada a una nuova generazione di materiali indossabili, prevede Hinestrosa. Dice che il cotone rivestito di nanotubi di Kotov mantiene le proprietà del tessuto e aggiunge nuove funzioni. Gli indumenti sensibili all'albumina per i soldati potrebbero allertare le squadre mediche a distanza del fatto che un soldato sta sanguinando, afferma Kotov. Il cambiamento di corrente che indica la presenza di una ferita potrebbe essere rilevato da un computer indossabile che invierebbe quindi un messaggio. I tessuti che incorporano nanotubi trattati con anticorpi potrebbero anche avvisare chi li indossa di allergeni illuminando i LED o inviando un messaggio a un telefono cellulare. Gli indumenti che incorporano più strisce di tessuto sensibile, ciascuna mirata a un diverso biomarcatore oa parametri come la temperatura, sarebbero in grado di monitorare i segni vitali in modo più sofisticato.
Ci stiamo avvicinando all'obiettivo dei tessuti intelligenti, afferma Pulickel Ajayan , professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Rice University. Il lavoro di Kotov, dice, è una buona dimostrazione che i tessuti che incorporano nanomateriali possono fare di più che semplicemente condurre elettricità.
Il vantaggio di incorporare i nanotubi di carbonio nei tessuti, afferma Hinestrosa, è che possono svolgere molte funzioni diverse, rendendo superfluo l'aggiunta di componenti extra e ingombranti. Puoi usare gli stessi fili come conduttori, sensori e come trasduttori del segnale, dice. Ad esempio, negli abiti che si adattano alle condizioni meteorologiche, i nanotubi di carbonio potrebbero rilevare la temperatura, trasmettere la lettura a un computer indossabile, quindi trasportare un segnale dal computer che indirizza le fibre a conformarsi a una trama più aperta se fa caldo.
Kotov osserva che il meccanismo di biorilevamento dei suoi tessuti, che si basa sui cambiamenti della corrente, è semplice. Nello scenario più semplice possibile, la variazione di corrente che indica la presenza di una proteina di interesse può essere letta utilizzando nient'altro che una batteria e una lampadina. Nonostante la semplicità del concetto, la sensibilità è sorprendente, dice Kotov. Al contrario, i metodi convenzionali per identificare le proteine richiedono più fasi di preparazione in un laboratorio umido e apparecchiature di imaging a fluorescenza.