Футболка с вышивкой из нанотрубок записала электрокардиограмму

Американские
ученые изготовили
умную футболку, которая умеет записывать
электрокардиограмму.
Они
скрутили
нити
из углеродных нанотрубок, сделали ими
вышивку на груди футболки и присоединили ее к аппарату Холтера. На
ощупь
такая
футболка не
отличается
от обычной, ее
можно стирать в
стиральной машине.
Результаты исследования опубликованы
в журнале Nano
Letters.

Разработке умной одежды в последние годы уделяется всё больше внимания:
Nokia разработала умную
куртку
для спасателей со
встроенным термометром,
пульсометром и GPS-трекером, а
Google и Levi’s выпустили
куртку, которая позволяет управлять
смартфоном, прикасаясь к рукаву. Но развитие этой области происходит не
так быстро, как хотелось бы, и
выбор
умных
курток и штанов
все еще невелик по
сравнению с выбором других носимых
устройств.
Найти
материалы для микросхем
в составе одежды
непросто:
они
должны
выдерживать
стирку в стиральной машине и при этом
быть
прочными,
легкими
и
нетоксичными.

Одна из функций, которую могла бы выполнять умная одежда — запись электрокардиограммы (ЭКГ). Мониторинг ЭКГ дает
больше информации о здоровье пациента, чем мониторинг
скорости сердцебиения, и
бывает незаменим при наблюдении,
например, за пациентами с аритмией.
Однако,
записывать
ЭКГ
не
так просто: для
этого требуется
хороший
контакт электродов с кожей
пациента.
Чтобы
улучшить контакт, используют проводящий
гель, однако при длительном измерении
ЭКГ, гель высыхает и качество полученных
диаграмм снижается. Кроме того гель
может
раздражать кожу пациентов и вызывать
аллергию.

Американские материаловеды под руководством Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из Университета Райса создали умную футболку, в которой для мониторинга
ЭКГ используются электроды на основе нитей
из углеродных
нанотрубок.
Углеродные
нанотрубки — прочный и
нетоксичный материал
с хорошей электропроводностью, а
недавние
исследования Паскуали
и его коллег также
показали,
что нанотрубки имеют
низкое сопротивление при
контакте с кожей. 

Нити из углеродных нанотрубок авторы
готовили
двумя способами. В первом
случае из раствора
нанотрубок в
хлорсульфоновой кислоте методом
коагуляции растили волокна длиной
около 7,5 микрометров, а
затем
с
помощью аналога прядильной
машины из
этих волокон скручивали нити.
Во втором случае авторы
готовили водную
суспензию
нанотрубок и
замачивали в
ней
обычные хлопковые нити
на
два часа.

Полученными
нитями ученые
прошивали материал — специальное
оборудование для этого не требуется, достаточно
обыкновенной
швейной
машинки.
Внутренняя часть такой вышивки плотно соприкасается с кожей
и может служить электродом для измерения
ЭКГ.
Чтобы
найти оптимальный паттерн и плотность
стежков, авторы
изготовили разные
тканевые полоски, повязали их на запястья испытуемым и протестировали методом
импеданс-спектроскопии.

Cлева направо: микрофотография УНТ-волокна; микрофотография УНТ-нити; фотография тестовых полосок с разным количеством стежков

Затем
авторы
нашили паттерн
на
грудь футболки из
эластичного синтетического материала
и
с
помощью контактов из таких же нитей
соединили
его с аппаратом
Холтера для
измерения ЭКГ. Чтобы
оценить качество кардиограмм авторы
параллельно
записывали ЭКГ с помощью стандартных
3M Red Dot электродов. Данные
посылали для
сравнения
трем
разным кардиологам вслепую (не сообщая, какой график каким
способом был получен). Все ЭКГ,
полученные умной футболкой оказались
очень близки к традиционным ЭКГ — и по
форме пиков и по отношению
сигнал/шум. Интересно,
что разницы
между электродами из нитей,
приготовленных разным способом, авторы
не заметили — но только в первоначальных
экспериментах, когда сравнивали «свежие»
электроды.
А
вот стабильность
электродов
заметно отличалась. У
электродов из
нитей,
полученных замачиванием, после десяти
стирок
отношение сигнал/шум
уменьшалось в несколько раз — для разных испытуемых это изменение было разным.
Часть
трубок во время стирки вымывалась и
контакт электрода с кожей ухудшался. У
электродов из
нитей,
которые
были получены скручиванием волокон,
такой
проблемы не было и соотношение сигнал/шум
после десяти стирок в пределах погрешности
не менялось.

Вверху: отношение сигнал/шум для разных электродов до и после стирки; внизу: ЭКГ после десяти стирок для разных электродов

Кроме
записи ЭКГ умная футболка умеет измерять
скорость сердцебиения и записывать
электромиограммы.
Авторы полагают, что в будущем нити из углеродных нанотрубок можно будет использовать и для других
компонентов умной одежды — например,
антенн и светоизлучающих диодов.

Еще
одна проблема умной одежды — трудность
подзарядки. Заряжать
умные куртки и
штаны
от сети не всегда удобно, а встроенные
аккумуляторы заметно увеличивают их
вес.
Весной
американские материаловеды разработали
умную куртку, которая
может сама
подзаряжаться
от человеческих движений.
Трибоэлектрические
генераторы
на рукавах куртки вырабатывают
электричество во
время ходьбы,
а расположенный
на груди
биотопливный элемент — даже после того,
как человек
остановился.

Наталия
Самойлова

Источник: nplus1.ru

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 14.09.2021 в 22:46

Автор:

Категории: Наука и технологии

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии