Det finns ingen anledning att ta på sig obekväma smartklockor eller bröstband för att övervaka ditt hjärta om din bekväma skjorta kan göra ett bättre jobb.

Det är idén bakom "smarta kläder" som utvecklats av ett Rice University-labb, som använde sin ledande nanorörstråd för att väva in funktionalitet i vanliga kläder.

 Brown School of Engineering labbet av kemi- och biomolekylär ingenjör Matteo Pasquali rapporterade i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver att den sydde in nanorörsfibrer i idrottskläder för att övervaka hjärtfrekvensen och ta ett kontinuerligt elektrokardiogram (EKG) av bäraren.

Fibrerna är lika ledande som metalltrådar, men tvättbar, bekväma och mycket mindre benägna att gå sönder när en kropp är i rörelse, enligt forskarna.

På det hela, tröjan de förbättrade var bättre på att samla in data än en vanlig bröstbandsmonitor som tog mätningar i realtid under experiment. När de matchas med kommersiella medicinska elektrodmonitorer, nanorörskjortan i kol gav något bättre EKG.

"Tröjan måste sitta tätt mot bröstet, " sa Rice doktorand Lauren Taylor, huvudförfattare till studien. "I framtida studier, vi kommer att fokusera på att använda tätare fläckar av kolnanorörstrådar så att det finns mer yta att komma i kontakt med huden."

Forskarna noterade att nanorörsfibrer är mjuka och flexibla, och kläder som innehåller dem kan tvättas i maskin. Fibrerna kan maskinsys till tyg precis som vanlig tråd. Sicksacksömmönstret gör att tyget sträcker sig utan att bryta dem.

Fibrerna gav inte bara stadig elektrisk kontakt med bärarens hud utan fungerade också som elektroder för att ansluta elektronik som Bluetooth-sändare för att vidarebefordra data till en smartphone eller ansluta till en Holter-monitor som kan förvaras i en användares ficka, sa Taylor.

Pasqualis labb introducerade kolnanorörsfiber 2013. Sedan dess har fibrerna, var och en innehåller tiotals miljarder nanorör, har studerats för användning som broar för att reparera skadade hjärtan, som elektriska gränssnitt med hjärnan, för användning i cochleaimplantat, som flexibla antenner och för fordons- och flygtillämpningar. Deras utveckling är också en del av den risbaserade Carbon Hub, ett forskningsinitiativ för flera universitet som leds av Rice och lanserades 2019.

De ursprungliga nanorörstrådarna, vid cirka 22 mikron bred, var för tunna för en symaskin att hantera. Taylor sa att en repmakare användes för att skapa en sybar tråd, i huvudsak tre buntar med sju filament vardera, vävt till en storlek som ungefär motsvarar vanlig tråd.

"Vi arbetade med någon som säljer små maskiner utformade för att tillverka rep till modellfartyg, sa Taylor, som först försökte väva tråden för hand, med begränsad framgång. "Han kunde göra oss till en medelstor enhet som gör detsamma."

Hon sa att sicksackmönstret kan justeras för att ta hänsyn till hur mycket en skjorta eller annat tyg sannolikt kommer att sträcka sig. Taylor sa att teamet arbetar med Dr Mehdi Razavi och hans kollegor vid Texas Heart Institute för att ta reda på hur man maximerar kontakten med huden.

Fibrer vävda i tyg kan också användas för att bädda in antenner eller lysdioder, enligt forskarna. Mindre modifieringar av fibrernas geometri och tillhörande elektronik kan så småningom tillåta kläder att övervaka vitala tecken, kraftansträngning eller andningsfrekvens.

Taylor noterade att andra potentiella användningsområden kan inkludera gränssnitt mellan människa och maskin för bilar eller mjuk robotik, eller som antenner, hälsoövervakare och ballistiskt skydd i militära uniformer. "Vi visade med en samarbetspartner för några år sedan att kolnanorörsfibrer är bättre på att avleda energi på viktbasis än Kevlar, och det var utan några av de vinster som vi har haft sedan dess i draghållfasthet, " Hon sa.

"Vi ser det, efter två decennier av utveckling i labb över hela världen, detta material fungerar i fler och fler applikationer, ", sa Pasquali. "På grund av kombinationen av konduktivitet, god kontakt med huden, biokompatibilitet och mjukhet, nanorörstrådar i kol är en naturlig komponent för bärbara produkter."

Han sa att den bärbara marknaden, även om det är relativt litet, kan vara en ingångspunkt för en ny generation av hållbara material som kan härledas från kolväten via direkt klyvning, en process som även producerar rent väte. Utveckling av sådana material är ett fokus för Carbon Hub.

"Vi är i samma situation som solceller var för några decennier sedan, ", sa Pasquali. "Vi behöver applikationsledare som kan ge en dragkraft för att skala upp produktionen och öka effektiviteten."