Les fibres de nanotubes de carbone flexibles tissées dans les vêtements recueillent un ECG et une fréquence cardiaque précis –

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  • Il n’est pas nécessaire d’enfiler des montres intelligentes ou des sangles de poitrine inconfortables pour surveiller votre cœur si votre chemise confortable peut faire un meilleur travail.

    C’est l’idée derrière les « vêtements intelligents » développés par un laboratoire de l’Université Rice, qui a utilisé son fil de nanotube conducteur pour tisser des fonctionnalités dans des vêtements ordinaires.

    Le laboratoire de la Brown School of Engineering de l’ingénieur chimiste et biomoléculaire Matteo Pasquali a rapporté dans le journal de l’American Chemical Society Nano lettres qu’il a cousu des fibres de nanotubes dans des vêtements de sport pour surveiller la fréquence cardiaque et prendre un électrocardiogramme (ECG) continu du porteur.

    Les fibres sont tout aussi conductrices que les fils métalliques, mais lavables, confortables et beaucoup moins susceptibles de se casser lorsqu’un corps est en mouvement, selon les chercheurs.

    Dans l’ensemble, la chemise qu’ils ont améliorée était meilleure pour collecter des données qu’un moniteur de ceinture thoracique standard prenant des mesures en direct pendant les expériences. Lorsqu’elle est associée à des moniteurs d’électrodes médicales commerciales, la chemise en nanotubes de carbone a donné des ECG légèrement meilleurs.

    “La chemise doit être bien ajustée contre la poitrine”, a déclaré Lauren Taylor, étudiante diplômée de Rice, auteure principale de l’étude. “Dans les études futures, nous nous concentrerons sur l’utilisation de patchs plus denses de fils de nanotubes de carbone afin qu’il y ait plus de surface pour entrer en contact avec la peau.”

    Les chercheurs ont noté que les fibres de nanotubes sont douces et flexibles, et que les vêtements qui les incorporent sont lavables en machine. Les fibres peuvent être cousues à la machine dans le tissu comme du fil standard. Le motif de couture en zigzag permet au tissu de s’étirer sans le casser.

    Les fibres fournissaient non seulement un contact électrique stable avec la peau du porteur, mais servaient également d’électrodes pour connecter des appareils électroniques tels que des émetteurs Bluetooth pour relayer des données vers un smartphone ou se connecter à un moniteur Holter pouvant être rangé dans la poche d’un utilisateur, a déclaré Taylor.

    Le laboratoire de Pasquali a introduit la fibre de nanotubes de carbone en 2013. Depuis lors, les fibres, chacune contenant des dizaines de milliards de nanotubes, ont été étudiées pour être utilisées comme ponts pour réparer les cœurs endommagés, comme interfaces électriques avec le cerveau, pour une utilisation dans les implants cochléaires, comme antennes flexibles et pour les applications automobiles et aérospatiales. Leur développement s’inscrit également dans le cadre du Rice-based Carbon Hub, une initiative de recherche multiuniversitaire dirigée par Rice et lancée en 2019.

    Les filaments de nanotubes d’origine, mesurant environ 22 microns de large, étaient trop fins pour être manipulés par une machine à coudre. Taylor a déclaré qu’un fabricant de cordes avait été utilisé pour créer un fil à coudre, essentiellement trois faisceaux de sept filaments chacun, tissés dans une taille à peu près équivalente à un fil ordinaire.

    “Nous avons travaillé avec quelqu’un qui vend de petites machines conçues pour fabriquer des cordes pour maquettes de bateaux”, a déclaré Taylor, qui a d’abord essayé de tisser le fil à la main, avec un succès limité. “Il a réussi à nous fabriquer un appareil à moyenne échelle qui fait la même chose.”

    Elle a déclaré que le motif en zigzag peut être ajusté pour tenir compte de l’étirement probable d’une chemise ou d’un autre tissu. Taylor a déclaré que l’équipe travaillait avec le Dr Mehdi Razavi et ses collègues du Texas Heart Institute pour déterminer comment maximiser le contact avec la peau.

    Les fibres tissées dans le tissu peuvent également être utilisées pour intégrer des antennes ou des LED, selon les chercheurs. Des modifications mineures de la géométrie des fibres et de l’électronique associée pourraient éventuellement permettre aux vêtements de surveiller les signes vitaux, l’effort ou la fréquence respiratoire.

    Taylor a noté que d’autres utilisations potentielles pourraient inclure des interfaces homme-machine pour les automobiles ou la robotique douce, ou comme antennes, moniteurs de santé et protection balistique dans les uniformes militaires. “Nous avons démontré avec un collaborateur il y a quelques années que les fibres de nanotubes de carbone dissipent mieux l’énergie par poids que le Kevlar, et cela sans certains des gains que nous avons obtenus depuis en résistance à la traction”, a-t-elle déclaré.

    “Nous constatons qu’après deux décennies de développement dans des laboratoires du monde entier, ce matériau fonctionne dans de plus en plus d’applications”, a déclaré Pasquali. “En raison de la combinaison de la conductivité, du bon contact avec la peau, de la biocompatibilité et de la douceur, les fils de nanotubes de carbone sont un composant naturel pour les vêtements.”

    Il a déclaré que le marché des vêtements, bien que relativement petit, pourrait être un point d’entrée pour une nouvelle génération de matériaux durables pouvant être dérivés d’hydrocarbures via une séparation directe, un processus qui produit également de l’hydrogène propre. Le développement de tels matériaux est une priorité du Carbon Hub.

    “Nous sommes dans la même situation que les cellules solaires il y a quelques décennies”, a déclaré Pasquali. « Nous avons besoin de chefs de file en matière d’applications qui peuvent fournir une force d’attraction pour augmenter la production et augmenter l’efficacité. »

    Les co-auteurs de l’article sont les étudiants diplômés de Rice, Steven Williams et Oliver Dewey, et les anciens élèves J. Stephen Yan, maintenant au Boston Consulting Group, et Flavia Vitale, professeure adjointe de neurologie à l’Université de Pennsylvanie. Pasquali est directeur du Carbon Hub et professeur AJ Hartsook de génie chimique et biomoléculaire et professeur de chimie, de science des matériaux et de nano-ingénierie.

    La recherche a été soutenue par l’US Air Force (FA9550-15-1-0370), l’American Heart Association (15CSA24460004), la Robert A. Welch Foundation (C-1668), le Department of Energy (DE-EE0007865, DE- AR0001015), le ministère de la Défense (32 CFR 168a) et une bourse Riki Kobayashi du Rice Department of Chemical and Biomolecular Engineering.

    Une vidéo de fibres de nanotubes de carbone flexibles tissées dans des vêtements recueille un ECG et une fréquence cardiaque précis : https://www.youtube.com/watch?v=YZbcSGvwu4Y

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