Ученые создали умный материал для одежды будущего

25.09.2024 11724

Ученые ТПУ разработали материал для умной одежды, способный длительно отслеживать параметры физического состояния человека. По их словам, созданные датчики прошли лабораторные испытания. Они не вызывают раздражения кожи, устойчивы к стирке и могут применяться в производстве специальной одежды, например, спортивной униформы. Исследование опубликовано в журнале ACS Sensors.

Измерение биопотенциалов позволяет анализировать жизненно важные показатели организма человека. Однако металлические электроды, регистрирующие электрическую активность сердца, мышц, мозга и другие сигналы нашего тела, могут вызывать раздражение кожи в месте их крепления из-за воздействия на нее материалов электрода и адгезивов, что затрудняет их непрерывное использование более 72 часов подряд, пояснили сотрудники Томского политехнического университета (ТПУ).

Сотрудники научной группы TERS-Тeam Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха создали электроды, предназначенные для длительного мониторинга состояния здоровья и не вызывающие раздражения кожи. Они изготовлены с помощью разработанного в ТПУ подхода к формированию электропроводящих полимерных композитов методом лазерной обработки.

Ученые нанесли на текстильную основу слой термопластика полиэтилентерефталата (известного в России под названием "лавсан" от сокращенного обозначения лаборатории высокомолекулярных соединений Академии наук) в одну десятую миллиметра, что примерно соответствует толщине листа стандартной офисной бумаги. Затем термопластик покрыли слоем оксида графена и обработали лазером. По словам авторов разработки, это позволило добиться высокой электропроводности и достаточной механической стабильности композита, которая делает электроды устойчивыми к внешним воздействиям, например, стирке.

Особенность новых датчиков в том, что они могут работать без специального электропроводящего геля, обеспечивающего контакт с кожей, а изготавливают их из доступных материалов на обычном коммерчески доступном текстиле, сообщила одна из авторов разработки, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.

По ее словам, умная одежда с такими датчиками сможет следить за состоянием здоровья человека, например, измеряя пульс спортсмена во время тренировки. Преимуществом новых датчиков перед распространенными фитнес-браслетами является их способность собирать информацию сразу со многих частей тела, а не только с запястья.

Лабораторные тесты биологической совместимости датчиков, проведенные в Сибирском государственном медицинском университете, показали, что при двенадцатидневном использовании электродов на основе оксида графена кожа воспаляется гораздо меньше, чем при использовании распространенных хлорсеребряных электродов (Ag/AgCl).

Исследователи также оптимизировали электрохимические свойства биоэлектродов, отметил первый автор статьи Максим Фаткуллин.

"Мы обнаружили важное свойство: наши датчики практически не поляризуются, в отличие от аналогов, созданных на основе металлов. Поляризация — процесс скапливания неравновесного заряда, который вносит помехи в измерения. Наши электроды не превышают допустимых значений поляризации за счет того, что ионы не могут проникать в структуру графена и накапливаться в межслойном пространстве. Это обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики материала и его соответствие требованиям к электродам для длительного мониторирования ЭКГ", – рассказал он.

Разработка ведется томскими политехниками совместно с коллегами из Сибирского государственного медицинского университета (Томск, РФ) и Сычуаньского университета (Ченду, КНР)

Проект реализуется при поддержке программы Минобрнауки России "Приоритет-2030".

Источник : Ссылка