Neues Material könnte Kleidung zum Gesundheitsmonitor machen

Forscher haben über ein neues Material berichtet, das biegsam genug ist, um in Stoff eingewebt zu werden, aber über sensorische Fähigkeiten verfügt, die als Frühwarnsystem für Verletzungen oder Krankheiten dienen können. Das Material, das in einem von ACS Applied Nano Materials veröffentlichten Artikel beschrieben wird, beinhaltet die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren und ist in der Lage, leichte Veränderungen der Körpertemperatur zu erfassen und gleichzeitig eine biegsame, ungeordnete Struktur – im Gegensatz zu einer starren Kristallstruktur – beizubehalten, was es zu einem guter Kandidat für wiederverwendbare oder tragbare Einweg-Temperatursensoren für den menschlichen Körper. Veränderungen der Körperwärme verändern den elektrischen Widerstand und machen jemanden, der diese Veränderung überwacht, auf die mögliche Notwendigkeit eines Eingriffs aufmerksam. „Ihr Körper kann Ihnen sagen, dass etwas nicht stimmt, bevor es offensichtlich wird“, sagte Seamus Curran, Physikprofessor an der University of Houston und Mitautor der Studie. Mögliche Anwendungen reichen von der Erkennung einer Dehydrierung bei einem Ultramarathonläufer bis hin zum Beginn eines Druckgeschwürs bei einem Pflegeheimpatienten. Die Forscher sagten, es sei auch kostengünstig, weil die benötigten Rohstoffe in relativ geringen Konzentrationen eingesetzt würden. Die Entdeckung baut auf der Arbeit auf, die Curran und seine Forscherkollegen Kang-Shyang Liao und Alexander J. Wang vor fast einem Jahrzehnt begannen, als sie eine hydrophobe Nanobeschichtung für Stoff entwickelten, die sie sich als Schutzbeschichtung für Kleidung, Teppiche und andere faserbasierte Materialien vorstellten . Wang ist jetzt Ph.D. Student an der Technological University Dublin, arbeitet derzeit mit Curran an der UH und ist korrespondierender Autor des Artikels. Zu den weiteren beteiligten Forschern gehören neben Curran und Liao auch Surendra Maharjan, Brian P. McElhenny, Ram Neupane, Zhuan Zhu, Shuo Chen, Oomman K. Varghese und Jiming Bao, alle von UH; Kourtney D. Wright und Andrew R. Barron von der Rice University sowie Eoghan P. Dillon von Analysis Instruments in Santa Barbara. Das aus mit Poly(octadecylacrylat) gepfropften mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren hergestellte Material ist technisch als ungeordnetes, leitfähiges, polymeres Nanokomposit auf Nanokohlenstoffbasis oder DCPN bekannt, eine Materialklasse, die zunehmend in der Materialwissenschaft eingesetzt wird. Die meisten DCPN-Materialien sind jedoch schlecht elektrisch leitend und eignen sich daher nicht für den Einsatz in Wearable-Technologien, bei denen das Material leichte Temperaturänderungen erkennen muss. Das neue Material wurde mit einer Technik namens RAFT-Polymerisation hergestellt, sagte Wang, ein entscheidender Schritt, der es ermöglicht, das gebundene Polymer durch kovalente Bindung elektronisch und phononisch mit der mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu koppeln. Daher werden subtile strukturelle Anordnungen, die mit der Glasübergangstemperatur des Systems verbunden sind, elektronisch verstärkt, um die außergewöhnlich großen elektronischen Reaktionen zu erzeugen, über die in der Arbeit berichtet wird, ohne die mit Fest-Flüssig-Phasenübergängen verbundenen Negative. Die subtilen strukturellen Veränderungen, die mit Glasübergangsprozessen einhergehen, sind normalerweise zu klein, um ausreichend große elektronische Reaktionen hervorzurufen.