Eso es "coser" inteligente!

Los científicos inventan hilos para detectar gases cuando se tejen en la ropa

08.04.2019 - Estados Unidos

Los ingenieros de la Universidad de Tufts han desarrollado un nuevo método de fabricación para crear hilos teñidos que cambian de color cuando detectan una variedad de gases. Los investigadores demostraron que los hilos pueden ser leídos visualmente, o incluso con mayor precisión mediante el uso de la cámara de un smartphone, para detectar cambios de color debidos a analitos de hasta 50 partes por millón. Entretejidos en ropa, los hilos inteligentes que detectan gases podrían proporcionar un activo de seguridad reutilizable, lavable y asequible en entornos médicos, laborales, militares y de rescate, dicen. El estudio describe el método de fabricación y su capacidad de extenderse a una amplia gama de colorantes y la detección de mezclas gaseosas complejas.

Aunque no reemplaza la precisión de los dispositivos electrónicos que se usan comúnmente para detectar gases volátiles, la incorporación de la detección de gases en los textiles permite una lectura libre de equipo, sin la necesidad de capacitación especializada, señalan los investigadores. Este enfoque podría hacer que la tecnología sea accesible a una fuerza laboral general o a comunidades de bajos recursos que puedan beneficiarse de la información que proporcionan los textiles.

El estudio utilizó un colorante a base de manganeso, MnTPP, rojo de metilo y azul de bromotimol para probar el concepto. El MnTPP y el azul de bromotimol pueden detectar amoníaco, mientras que el rojo de metilo puede detectar cloruro de hidrógeno, gases que se liberan comúnmente en los productos de limpieza, fertilizantes y en la producción de productos químicos y materiales. Un proceso de tres pasos "atrapa" el tinte en la rosca. Primero se sumerge el hilo en el tinte y luego se trata con ácido acético, lo que hace que la superficie sea más gruesa e hinche la fibra, lo que posiblemente permita una mayor interacción entre el tinte y la banda de rodadura. Finalmente, el hilo se trata con polidimetilsiloxano (PDMS), que crea un sello físico flexible alrededor del hilo y del tinte, que también repele el agua y evita que el tinte se lixivie durante el lavado. Es importante destacar que el PDMS también es permeable a los gases, lo que permite que los analitos lleguen a los colorantes ópticos.

"Los tintes que usamos funcionan de diferentes maneras, de modo que podemos detectar gases con diferentes químicos", dijo Sameer Sonkusale, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Facultad de ingeniería de la Universidad de Tufts, que dirige el laboratorio de nanotecnología de Tufts y es el autor correspondiente del estudio. El equipo de Sonkusale utilizó colorantes simples que detectan gases con propiedades ácidas o de base. "Pero como estamos usando un método que atrapa eficazmente el tinte al hilo, en lugar de depender tanto de la química de unión, tenemos más flexibilidad para usar tintes con una amplia gama de químicas funcionales para detectar diferentes tipos de gases", dijo.

Los colorantes probados cambiaron de color de una manera que es dependiente y proporcional a la concentración del gas según lo medido usando métodos espectroscópicos. Entre la precisión de un espectrómetro y el ojo humano está la posibilidad de utilizar teléfonos inteligentes para leer y cuantificar los cambios de color o interpretar las firmas de color utilizando múltiples hilos y tintes. "Eso nos permitiría escalar la detección para medir muchos analitos a la vez, o para distinguir analitos con firmas colorimétricas únicas", dijo Sonkusale.

Los hilos incluso trabajaban bajo el agua, detectando la existencia de amoníaco disuelto. "Mientras que el sellador PDMS es hidrofóbico y mantiene el agua fuera de la rosca, los gases disueltos todavía pueden llegar al tinte para ser cuantificados", dijo Rachel Owyeung, autora principal y estudiante de posgrado del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de Tufts. "Como sensores de gas disuelto, imaginamos tejidos inteligentes detectando dióxido de carbono u otros compuestos orgánicos volátiles durante la exploración de petróleo y gas como una posible aplicación."

Debido a que el lavado o uso repetido bajo el agua no diluye el tinte, se puede confiar en los hilos para una detección cuantificable consistente muchas veces, apuntaron los investigadores.

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