编织成衣服的柔性碳纳米管纤维可收集准确的心电图和心率

如果您舒适的衬衫可以做得更好，则无需佩戴不舒服的智能手表或胸带来监测您的心脏。 这就是莱斯大学实验室开发的“智能服装”背后的想法，该实验室利用其导电纳米管线将功能性编织到常规服装中。

布朗工程学院化学和生物分子工程师 Matteo Pasquali 在化学学会期刊Nano Letters 上报道称 ，他们将纳米管纤维缝入运动服中，以监测心率并持续采集穿戴者的心电图 (EKG)。

研究人员表示，这些纤维与金属线一样具有导电性，但可清洗、舒适且在身体运动时断裂的可能性要小得多。

总的来说，他们增强的衬衫在收集数据方面比在实验期间进行实时测量的标准胸带监视器更好。当与商用医疗电极监测器配合使用时，碳纳米管衬衫的心电图略好一些。

“衬衫必须紧贴胸部，”该研究的主要作者、莱斯大学研究生劳伦泰勒说。“在未来的研究中，我们将专注于使用更密集的碳纳米管线片，以便有更多的表面积与皮肤接触。”

研究人员指出，纳米管纤维柔软而有弹性，含有它们的衣服可机洗。纤维可以像标准线一样用机器缝制成织物。之字形针脚图案允许织物拉伸而不会破坏它们。

泰勒说，这些纤维不仅可以与佩戴者的皮肤保持稳定的电接触，还可以作为电极连接蓝牙发射器等电子设备，将数据中继到智能手机或连接到可以放在用户口袋里的动态心电图监测器。

Pasquali 的实验室于 2013 年引入了碳纳米管纤维。从那时起，这些纤维都包含数百亿个纳米管，被研究用作修复受损心脏的桥梁、与大脑的电接口、用于人工耳蜗、作为柔性天线以及汽车和航空航天应用。他们的发展也是基于水稻的碳中心的一部分，这是一个由赖斯领导并于 2019 年启动的多大学研究计划。

最初的纳米管细丝大约有 22 微米宽，对于缝纫机来说太细了，无法处理。泰勒说，绳子制造商被用来制作可缝纫线，基本上是三束七根细丝，编织成大致相当于普通线的尺寸。

“我们与一些销售小型机器的人合作，该机器旨在为模型船制造绳索，”泰勒说，他最初尝试手工编织线，但收效甚微。“他能够为我们制造一个具有相同功能的中型设备。”

她说锯齿形图案可以根据衬衫或其他面料的拉伸程度进行调整。泰勒说，该团队正在与德克萨斯心脏研究所的 Mehdi Razavi 博士和他的同事合作，以找出如何最大限度地与皮肤接触。

研究人员表示，编织成织物的纤维还可用于嵌入天线或 LED。对纤维几何形状和相关电子设备的微小修改最终可以让衣服监测生命体征、用力或呼吸频率。

泰勒指出，其他潜在用途可能包括汽车或软机器人的人机界面，或作为天线、健康监测器和军装中的防弹保护。“几年前，我们与一位合作者证明，碳纳米管纤维在按重量计算时比 Kevlar 更擅长耗散能量，而且我们在抗拉强度方面取得了一些进步，”她说。

“我们看到，经过全球实验室二十年的发展，这种材料在越来越多的应用中发挥作用，”Pasquali 说。“由于导电性、与皮肤的良好接触、生物相容性和柔软性的结合，碳纳米管线是可穿戴设备的天然组件。”

他说，可穿戴市场虽然相对较小，但可能成为新一代可持续材料的切入点，这些材料可以通过直接分解从碳氢化合物中提取，这一过程也可以产生清洁的氢气。开发此类材料是碳中心的重点。

“我们的处境与几十年前的太阳能电池相同，”Pasquali 说。“我们需要能够推动扩大生产和提高效率的应用领导者。”

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