En viktig faktor som håller tillbaka utvecklingen av bärbara biosensorer för hälsoövervakning är avsaknaden av en lätt, långvarig strömförsörjning. Nu rapporterar forskare vid University of Massachusetts Amherst under ledning av materialkemisten Trisha L. Andrew att de har utvecklat en metod för att göra ett laddningslagringssystem som enkelt integreras i kläder för att "brodera ett laddningslagrande mönster på vilket plagg som helst."

Som Andrew förklarar, "Batterier eller andra typer av laddningslagring är fortfarande de begränsande komponenterna för de flesta bärbara, bärbar, ätbar eller flexibel teknik. Enheterna tenderar att vara en kombination av för stora, för tung och inte flexibel."

Deras nya metod använder en mikrosuperkondensator och kombinerar ångbelagda ledande trådar med en polymerfilm, plus en speciell sömnadsteknik för att skapa ett flexibelt nät av inriktade elektroder på en textilbaksida. Den resulterande solid-state enheten har en hög förmåga att lagra laddning för sin storlek, och andra egenskaper som gör att den kan driva bärbara biosensorer.

Andrew tillägger att medan forskare har anmärkningsvärt miniatyriserat många olika elektroniska kretskomponenter, hittills har detsamma inte kunnat sägas om laddningslagringsenheter. "Med denna tidning, vi visar att vi bokstavligen kan brodera ett laddningslagrande mönster på alla plagg med hjälp av de ångbelagda trådarna som vårt labb tillverkar. Detta öppnar dörren för att helt enkelt sy kretsar på självdrivna smarta plagg." Detaljer visas online i ACS Tillämpade material och gränssnitt .

Andrew och postdoktor och första författare Lushuai Zhang, plus kemiingenjörsstudent Wesley Viola, påpeka att superkondensatorer är idealiska kandidater för bärbara laddningslagringskretsar eftersom de i sig har högre effekttätheter jämfört med batterier.

Men "att införliva elektrokemiskt aktiva material med hög elektrisk ledningsförmåga och snabb jontransport i textilier är utmanande, ", tillägger de. Andrew och kollegor visar att deras ångbeläggningsprocess skapar porösa ledande polymerfilmer på tätt tvinnade garn, som lätt kan svällas med elektrolytjoner och bibehålla hög laddningslagringskapacitet per längdenhet jämfört med tidigare arbete med färgade eller extruderade fibrer.

Andrew, som leder Wearable Electronics Lab vid UMass Amherst, noterar att textilforskare har tenderat att inte använda ångavlagring på grund av tekniska svårigheter och höga kostnader. men på senare tid, forskning har visat att tekniken kan skalas upp och förbli kostnadseffektiv.

Hon och hennes team arbetar för närvarande med andra på UMass Amherst Institute for Applied Life Sciences Personalized Health Monitoring Center med att införliva de nya broderade laddningslagringsmatriserna med e-textilsensorer och lågeffektmikroprocessorer för att bygga smarta plagg som kan övervaka en personens gång och ledrörelser under en vanlig dag.