Dank einer kürzlichen Entwicklung an der Tufts University School of Engineering werden wir vielleicht bald in der Lage sein, Kleidung zu tragen, die als Reaktion auf Chemikalien, die aus unserem Körper freigesetzt oder in der Luft nachgewiesen werden, ihre Farbe ändern kann.
Bioaktive Druckfarben im Dienste der Gesundheit.
Biomaterial-basierte Druckfarben können im Siebdruckverfahren auf Textilien wie Kleidung, Schuhe oder sogar Gesichtsmasken in komplexen, hochauflösenden Mustern gedruckt werden, die eine detaillierte Karte der menschlichen Reaktion oder Exposition liefern.
Fortschritte bei der Erkennung von Kleidung könnten es ermöglichen, eine Vielzahl von biologischen Faktoren, Molekülen und möglicherweise Krankheitserregern gleichzeitig auf der Körperoberfläche mit konventioneller Kleidung zu erkennen und zu quantifizieren.
Stoffe, die für Kleidung geeignet sind.
Die Verwendung neuer bioaktiver Druckfarben mit der sehr verbreiteten Methode des Siebdrucks eröffnet vielversprechende Perspektiven für die Massenproduktion weicher, tragbarer Gewebe mit einer großen Anzahl von Sensoren, die zur Erfassung einer Vielzahl von Bedingungen eingesetzt werden könnten », sagte Professor Fiorenzo Omenetto, Autor der Studie.
Stoffe findet man in Arbeitsuniformen, Sportbekleidung oder sogar auf Möbeln und architektonischen Strukturen ». Bekleidungsdetektionsgeräte haben großes Interesse an der Überwachung der menschlichen Leistungsfähigkeit und Gesundheit geweckt. Viele dieser Geräte wurden durch die Integration von Elektronik in Patches, Armbänder und andere tragbare Konfigurationen erfunden, die lokalisierte oder globale physiologische Informationen wie Herzfrequenz oder Blutzuckerspiegel überwachen.
Seide als Basis der Tinte.
Die vom Tufts-Team vorgestellte Forschung verfolgt einen anderen und komplementären Ansatz: nichtelektronische kolorimetrische Detektion einer theoretisch sehr großen Anzahl von Substanzen mit Hilfe von Detektionskleidung, die so verteilt werden kann, dass sie sehr große Bereiche abdeckt: von einem Fleck bis zum ganzen Körper und darüber hinaus.
Die Komponenten, die Sensorkleidung ermöglichen, sind biologisch aktivierte Tinten auf Seidenbasis. Das lösliche Seidensubstrat in diesen Farbformulierungen kann durch den Einbau verschiedener « Indikator »-Moleküle modifiziert werden, wie z.B. pH-empfindliche Indikatoren oder Enzyme wie Laktatoxidase zur Anzeige des Laktatspiegels im Schweiß. Ersteres könnte ein Indikator für die Gesundheit oder Dehydrierung der Haut sein, während letzteres den Grad der Ermüdung des Trägers anzeigen könnte.
Organische und siebdruckfähige Druckfarben.
Viele andere Tintenderivate können aus der Vielseitigkeit des Seidenproteins hergestellt werden, indem es mit aktiven Molekülen wie chemisch empfindlichen Farbstoffen, Enzymen, Antikörpern und anderen modifiziert wird. Obwohl die Farbstoffmoleküle für sich allein instabil sein können, können sie stabil werden, wenn sie in das Seidenfibroin in der Tintenformulierung eingebaut werden.
Die Druckfarben werden für Siebdruckanwendungen formuliert, indem sie mit einem Verdickungsmittel (Natriumalginat) und einem Weichmacher (Glycerin) kombiniert werden. Siebdruckfähige Bio-Farben können wie jede für den Siebdruck entwickelte Tinte verwendet werden und können daher nicht nur auf Kleidung, sondern auch auf verschiedene Oberflächen wie Holz, Kunststoff und Papier aufgetragen werden, um Muster im Bereich von Hunderten von Mikrometern bis zu Dutzenden von Metern zu erzeugen.
Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für dieses Produkt.
Diese Technologie baut auf früheren Arbeiten derselben Forscher auf, die bioaktive Seidentinten entwickelt haben, die für den Tintenstrahldruck formuliert wurden, um Petrischalen, Papiersensoren und Laborhandschuhe herzustellen, die eine bakterielle Kontamination durch Farbwechsel anzeigen können.
Der Siebdruck-Ansatz bietet das Äquivalent einer großen, mehrfachen Anordnung von Sensoren, die große Bereiche des Körpers abdecken, wenn sie als Kleidungsstück getragen werden, oder sogar über große Bereiche wie das Innere eines Raumes », sagte Giusy Matzeu, Assistenzprofessor für biomedizinische Technik an der Schule und Erstautor der Arbeit. « Gekoppelt mit der Bildanalyse können wir eine hochauflösende Karte der Farbreaktionen über einen großen Bereich erhalten und uns ein besseres Bild des physiologischen oder umweltbedingten Gesamtzustands machen. Theoretisch könnten wir diese Methode auf die Überwachung der Luftqualität ausdehnen oder die Umweltüberwachung für die Epidemiologie unterstützen ».
Interaktive Exponate erlauben es, diese neuen Gewebe zu testen.
Die Tatsache, dass das Verfahren gängige Drucktechniken verwendet, eröffnet auch Möglichkeiten für kreative Anwendungen, die von Laia Mogas-Soldevila, Architektin und kürzlich promovierte Doktorandin bei Tufts im Omenetto SilkLab, erforscht wurden. Sie hat zur Schaffung prächtiger Wandteppiche beigetragen, die in Museen in den Vereinigten Staaten und in Europa ausgestellt sind.
Die Exponate sind interaktiv und ermöglichen es den Besuchern, verschiedene ungiftige Chemikalien auf den Stoff zu sprühen und die Transformation der Muster zu beobachten. « Dies ist wirklich ein großartiges Beispiel dafür, wie Kunst und Technik sich gegenseitig bereichern und inspirieren können », sagte der Architekt. « Technische Druckfarben eröffnen eine neue Dimension bei Tapisserien und interaktiven und reaktiven Oberflächen, während die uralte Kunst des Siebdrucks eine gut geeignete Grundlage für den Bedarf an einer modernen, hochauflösenden und tragbaren empfindlichen Oberfläche geschaffen hat ».