Ansiktsmasksensorer mäter andningsfrekvens och t-shirtsensorer mäter hjärtfrekvens. Kredit:Güder Research Group
Imperialistiska forskare har bäddat in nya lågprissensorer som övervakar andning, hjärtfrekvens och ammoniak i t-shirts och ansiktsmasker.
Potentiella tillämpningar sträcker sig från att övervaka träning, sömn och stress till att diagnostisera och övervaka sjukdomar genom andning och vitala tecken.
Spunna från en ny Imperial-utvecklad bomullsbaserad ledande tråd kallad PECOTEX, kostar sensorerna lite att tillverka. Bara 0,15 USD producerar en meter tråd för att sömlöst integrera mer än tio sensorer i kläder, och PECOTEX är kompatibelt med industristandardiserade datoriserade broderimaskiner.
Förste författare till forskningen Fahad Alshabouna, Ph.D. kandidat vid Imperials Department of Bioengineering, sa:"Det flexibla klädesplagget innebär att våra sensorer har ett brett utbud av applikationer. De är också relativt lätta att producera vilket innebär att vi kan skala upp tillverkningen och inleda en ny generation av bärbara produkter i kläder. ."
Forskarna broderade sensorerna till en ansiktsmask för att övervaka andningen, en t-shirt för att övervaka hjärtaktivitet och textilier för att övervaka gaser som ammoniak, en komponent i andningen som kan användas för att upptäcka lever- och njurfunktion. Ammoniaksensorerna utvecklades för att testa om gassensorer också kunde tillverkas med hjälp av broderi.
L:En industristandard broderimaskin. R:Sensorer inbäddade i en ansiktsmask och t-shirt. Kredit:Güder Research Group
Fahad tillade:"Vi demonstrerade applikationer för att övervaka hjärtaktivitet och andning, och känna av gaser. Framtida potentiella applikationer inkluderar diagnos och övervakning av sjukdomar och behandling, övervakning av kroppen under träning, sömn och stress, och användning i batterier, värmare och anti- statiska kläder."
Forskningen publiceras i Materials Today .
Sömlösa sensorer
Bärbara sensorer, som de på smartklockor, låter oss kontinuerligt övervaka vår hälsa och vårt välbefinnande på ett icke-invasivt sätt. Hittills har det dock funnits en brist på lämpliga ledande trådar, vilket förklarar varför bärbara sensorer som är sömlöst integrerade i kläder ännu inte är allmänt tillgängliga.
Ange PECOTEX. Materialet är utvecklat och spunnet till sensorer av imperialistiska forskare och kan tvättas i maskin och är mindre brytbart och mer elektriskt ledande än kommersiellt tillgängliga silverbaserade ledande trådar, vilket innebär att fler lager kan läggas till för att skapa komplexa typer av sensorer.
Skannade elektron- och optiska mikrofotografier av en bomullstråd, PECOTEX och PECOTEX efter broderi. Kredit:Güder Research Group
Forskarna testade sensorerna mot kommersiellt tillgängliga silverbaserade ledande trådar under och efter att de broderades in i kläder.
Under broderi var PECOTEX mer pålitligt och mindre benäget att gå sönder, vilket gjorde att fler lager kunde broderas ovanpå varandra.
Efter broderi visade PECOTEX lägre elektriskt motstånd än de silverbaserade trådarna, vilket betyder att de presterade bättre på att leda elektricitet.
Huvudförfattaren Dr. Firat Güder, också vid Institutionen för bioteknik, sa:"PECOTEX är högpresterande, starkt och anpassningsbart till olika behov. Det är lätt skalbart, vilket innebär att vi kan producera stora volymer billigt med hjälp av datoriserade broderimaskiner för både hushåll och industri. .
"Vår forskning öppnar upp spännande möjligheter för bärbara sensorer i vardagskläder. Genom att övervaka andning, hjärtfrekvens och gaser kan de redan integreras sömlöst och kanske till och med hjälpa till att diagnostisera och övervaka behandlingar av sjukdomar i framtiden."
(a) Syntes av PECOTEX och ett fotografi av den producerade tråden på en undertråd. Infällt visar produktens kemiska struktur; (b) Process för datoriserad broderi av mönster med PECOTEX och 1 mm tjocka silikonsubstrat. Kredit:Güder Research Group
De broderade sensorerna behöll tygets inneboende egenskaper som bärbarhet, andningsförmåga och känsla på huden. De kan även tvättas i maskin i upp till 30°C.
Därefter kommer forskarna att utforska nya tillämpningsområden som energilagring, energiskörd och biokemisk avkänning för personlig medicin, samt hitta partners för kommersialisering.
"PEDOT:PSS-modifierad ledande bomullstråd för masstillverkning av textilbaserade elektriska bärbara sensorer genom datoriserat broderi," publicerades den 6 september 2022 i Materials Today . + Utforska vidare
