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科学家发明了线程 以便在编织成衣服时检测气体

2019-04-18 11:32:41   来源:

塔夫茨大学的工程师开发了一种新颖的制造方法来制造染色线,当它们检测到各种气体时会改变颜色。研究人员证明,通过使用智能手机相机可以直观地读取线程,甚至可以更精确地读取线程,以检测由于分析物低至百万分之50的颜色变化。他们说,在医疗,工作场所,军事和救援环境中,编织成衣服,智能的气体检测线可以提供可重复使用,可清洗且价格合理的安全资产。这项研究于今天发表在“科学报告”杂志上,描述了制造方法及其扩展到各种染料和检测复杂气体混合物的能力。

研究人员表示,虽然不能取代通常用于检测挥发性气体的电子设备的精度,但将气体检测结合到纺织品中可以实现无设备读数,而无需专门的培训。这种方法可以使普通劳动力或低资源社区能够获得技术,这些社区可以从纺织品提供的信息中受益。

该研究使用锰基染料,MnTPP,甲基红和溴百里酚蓝来证明这一概念。MnTPP和溴百里酚蓝可以检测氨,而甲基红可以检测氯化氢 - 通常从清洁用品,肥料和化学品和材料生产中释放的气体。一个三步过程“捕获”线程中的染料。首先将线浸入染料中,然后用乙酸处理,这使得表面更粗糙并使纤维溶胀,可能允许染料和胎面之间更多的结合相互作用。最后,用聚二甲基硅氧烷(PDMS)处理线,在线和染料周围形成柔韧的物理密封,这也可以防水并防止染料在洗涤过程中浸出。重要的是,PDMS也是透气的,允许分析物到达光学染料。

“我们使用的染料以不同的方式工作,因此我们可以检测具有不同化学成分的气体,”塔夫茨大学工程学院电气与计算机工程教授Sameer Sonkusale说,他是塔夫茨大学纳米实验室的负责人,也是该研究的通讯作者。 。Sonkusale的团队使用简单的染料来检测具有酸性或碱性的气体。“但由于我们使用的方法可以有效地将染料捕获到线上,而不是过分依赖于结合化学,我们可以更灵活地使用具有多种功能化学的染料来检测不同类型的气体,”他说。

测试的染料以与光谱法测量的气体浓度相关且成比例的方式改变颜色。在光谱仪和人眼的精度之间,可以使用智能手机读出和量化颜色变化或使用多个线程和染料解释颜色签名。“这将使我们能够扩大检测范围,一次测量多种分析物,或者用独特的比色特征来区分分析物,”Sonkusale说。

螺纹甚至在水下工作,检测溶解的氨的存在。“虽然PDMS密封胶是疏水性的并且可以防止水脱离线,但溶解的气体仍然可以到达染料中进行定量。”塔夫茨化学与生物工程系的第一作者和研究生Rachel Owyeung说。“作为溶解气体传感器,我们认为智能织物在石油和天然气勘探中检测二氧化碳或其他挥发性有机化合物是一种可能的应用。”

研究人员表示,由于反复冲洗或在水下使用不会稀释染料,因此可以依靠螺纹进行多次一致的可量化检测。