Batticuore

E’ arrivata la maglia della salute! La camicia “intelligente” tiene d’occhio il cuore

La ricercatrice della Rice University Lauren Taylor mostra una maglietta con un filo di nanotubi di carbonio che fornisce un monitoraggio costante del cuore di chi lo indossa.
CREDITO: Jeff Fitlow/Rice University

Le fibre di nanotubi di carbonio flessibili di Rice tessute negli indumenti raccolgono ECG accurati, frequenza cardiaca

Non c’è bisogno di indossare scomodi smartwatch o fasce pettorali per monitorare il tuo cuore se la tua camicia comoda può fare un lavoro migliore. 

Pubblicità e progresso

Questa è l’idea alla base dell'”abbigliamento intelligente” sviluppato da un laboratorio della Rice University, che ha utilizzato il suo filo conduttivo di nanotubi per intrecciare funzionalità nell’abbigliamento normale. 

Il   laboratorio della Brown School of Engineering dell’ingegnere chimico e biomolecolare  Matteo Pasquali ha  riportato sulla rivista Nano Letters dell’American Chemical Society di   aver cucito fibre di nanotubi nell’abbigliamento sportivo per monitorare la frequenza cardiaca ed eseguire un elettrocardiogramma continuo (ECG) di chi lo indossa. 

Le fibre sono conduttive quanto i fili metallici, ma sono lavabili, comode e molto meno soggette a rotture quando un corpo è in movimento, secondo i ricercatori.

Nel complesso, la maglietta che hanno migliorato era migliore nel raccogliere dati rispetto a un monitor standard con fascia toracica che effettuava misurazioni dal vivo durante gli esperimenti. Se abbinata a monitor per elettrodi medici commerciali, la camicia di nanotubi di carbonio ha fornito ECG leggermente migliori.

I fili di nanotubi di carbonio intrecciati in una maglietta sportiva alla Rice University sono stati in grado di raccogliere dati sull’elettrocardiogramma e sulla frequenza cardiaca che corrispondevano ai monitor standard e ai monitor della fascia toracica.
CREDITO: Jeff Fitlow/Rice University

“La maglietta deve essere aderente al petto”, ha detto la studentessa laureata alla Rice Lauren Taylor, autrice principale dello studio. “Negli studi futuri, ci concentreremo sull’utilizzo di patch più dense di fili di nanotubi di carbonio in modo che ci sia più superficie a contatto con la pelle”.

I ricercatori hanno notato che le fibre di nanotubi sono morbide e flessibili e gli indumenti che le incorporano sono lavabili in lavatrice. Le fibre possono essere cucite a macchina nel tessuto proprio come il filo standard. Il motivo a punto zigzag consente al tessuto di allungarsi senza romperlo.

Le fibre fornivano non solo un contatto elettrico costante con la pelle di chi le indossava, ma servivano anche come elettrodi per collegare dispositivi elettronici come trasmettitori Bluetooth per trasmettere dati a uno smartphone o connettersi a un  monitor Holter  che può essere riposto nella tasca di un utente, ha detto Taylor. 

Il laboratorio di Pasquali ha  introdotto la fibra di nanotubi di carbonio nel 2013 . Da allora le fibre, ciascuna contenente decine di miliardi di nanotubi, sono state studiate per essere utilizzate come  ponti per riparare i cuori danneggiati , come  interfacce elettriche con il cervello , per l’uso negli  impianti cocleari , come  antenne flessibili  e per applicazioni automobilistiche e aerospaziali. Il loro sviluppo fa anche parte del Carbon Hub , basato su Rice  , un’iniziativa di ricerca multiuniversitaria guidata da Rice e  lanciata nel 2019 .

I filamenti di nanotubi originali, larghi circa 22 micron, erano troppo sottili per essere maneggiati da una macchina da cucire. Taylor ha detto che un cordaio è stato utilizzato per creare un filo da cucire, essenzialmente tre fasci di sette filamenti ciascuno, intrecciati in una dimensione approssimativamente equivalente al filo normale.

Lauren Taylor, cuce fili di nanotubi di carbonio in una maglietta. Le fibre conduttive possono essere utilizzate per realizzare “abiti intelligenti” in grado di monitorare il cuore di chi li indossa.
CREDITO: Jeff Fitlow/Rice University

“Abbiamo lavorato con qualcuno che vende piccole macchine progettate per realizzare corde per modellini di navi”, ha detto Taylor, che all’inizio ha provato a tessere il filo a mano, con scarso successo. “È stato in grado di creare un dispositivo di media scala che fa lo stesso”.

Ha detto che il motivo a zigzag può essere regolato per tenere conto di quanto è probabile che una maglietta o un altro tessuto si allunghi. Taylor ha affermato che il team sta lavorando con il dottor Mehdi Razavi e i suoi colleghi del Texas Heart Institute per capire come massimizzare il contatto con la pelle.

Secondo i ricercatori, le fibre intrecciate nel tessuto possono essere utilizzate anche per incorporare antenne o LED. Piccole modifiche alla geometria delle fibre e all’elettronica associata potrebbero eventualmente consentire agli indumenti di monitorare i segni vitali, lo sforzo di forza o la frequenza respiratoria.

Taylor ha notato che altri potenziali usi potrebbero includere interfacce uomo-macchina per automobili o robotica morbida, o come antenne, monitor sanitari e protezione balistica nelle uniformi militari. “Abbiamo dimostrato con un collaboratore alcuni anni fa che le fibre di nanotubi di carbonio sono migliori nel dissipare l’energia in base al peso rispetto al Kevlar, e questo senza alcuni dei guadagni che abbiamo avuto da allora in termini di resistenza alla trazione”, ha detto. 

“Vediamo che, dopo due decenni di sviluppo nei laboratori di tutto il mondo, questo materiale funziona in un numero sempre maggiore di applicazioni”, ha affermato Pasquali. “Grazie alla combinazione di  conduttività , buon contatto con la pelle,  biocompatibilità  e  morbidezza , i fili di nanotubi di carbonio sono un componente naturale per i dispositivi indossabili.”  

Ha affermato che il mercato dei dispositivi indossabili, sebbene relativamente piccolo, potrebbe essere un punto di ingresso per una nuova generazione di materiali sostenibili che possono essere derivati ??da idrocarburi tramite scissione diretta, un processo che produce anche idrogeno pulito. Lo sviluppo di tali materiali è un obiettivo del Carbon Hub.  

“Siamo nella stessa situazione delle celle solari qualche decennio fa”, ha detto Pasquali. “Abbiamo bisogno di leader delle applicazioni in grado di fornire una spinta per aumentare la produzione e aumentare l’efficienza”.

I coautori del documento sono gli studenti laureati della Rice Steven Williams e Oliver Dewey e gli ex studenti J. Stephen Yan, ora al Boston Consulting Group, e Flavia Vitale, assistente professore di neurologia presso l’Università della Pennsylvania. Pasquali è direttore del Carbon Hub e professore di ingegneria chimica e biomolecolare AJ Hartsook e professore di chimica e di scienza dei materiali e nanoingegneria.

La ricerca è stata supportata dalla US Air Force (FA9550-15-1-0370), dall’American Heart Association (15CSA24460004), dalla Robert A. Welch Foundation (C-1668), dal Department of Energy (DE-EE0007865, DE- AR0001015), il Dipartimento della Difesa (32 CFR 168a) e una borsa di studio Riki Kobayashi del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare del riso. 

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