Российские ученые разработали умный материал для одежды будущего
Фото: ТПУ
Исследование опубликовано в журнале ACS Sensors.
Датчики прошли лабораторные испытания. Они не вызывают раздражения кожи, устойчивы к стирке и могут использоваться в производстве специальной одежды, например, спортивной униформы.
Измерение биопотенциалов помогает анализировать жизненно важные показатели организма человека. Однако металлические электроды, регистрирующие электрическую активность сердца, мышц, мозга и другие сигналы тела, могут вызывать раздражение кожи в месте их крепления вследствие воздействия на нее материалов электрода и адгезивов, что затрудняет их непрерывное использование более 72 часов подряд, уточнили сотрудники Томского политехнического университета.
Сотрудники научной группы TERS-Тeam Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха разработали электроды, предназначенные для длительного мониторинга состояния здоровья и не вызывающие раздражения кожи. Они изготовлены при помощи разработанного в политехе подхода к формированию электропроводящих полимерных композитов методом лазерной обработки.
Ученые нанесли на текстильную основу слой термопластика полиэтилентерефталата в одну десятую миллиметра, что примерно соответствует толщине листа стандартной офисной бумаги. После термопластик покрыли слоем оксида графена и обработали лазером. Авторы разработки отметили, что это позволило добиться высокой электропроводности и достаточной механической стабильности композита, которая делает электроды устойчивыми к внешним воздействиям, например, стирке.
Особенность новых датчиков заключается 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, пояснила одна из авторов разработки, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.
По ее словам, умная одежда с такими датчиками способна следить за состоянием здоровья человека, например, измеряя пульс спортсмена во время тренировки. Преимуществом разработанных 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, продемонтрировали, что при 12-дневном использовании электродов на основе оксида графена кожа воспаляется гораздо меньше, чем при использовании распространенных хлорсеребряных электродов (Ag/AgCl). Кроме того, исследователи 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.
Разработка ведется томскими политехниками совместно с коллегами из Сибирского государственного медицинского университета (Томск, РФ) и Сычуаньского университета (Ченду, КНР).