新型智能服：利用顏色變換監(jiān)測身體和環(huán)境

在可穿戴紡織品上印刷生物活性油墨，繪制出整個人體表面的狀況。為驗(yàn)證這種假設(shè)，研究人員希望進(jìn)行動物測試前，改進(jìn)他們生產(chǎn)“人類紡織品”的技術(shù)。若確定無疑，那么即可進(jìn)入臨床試驗(yàn)。

美國塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院（Tufts University’s School of Engineering）研究人員開發(fā)出基于生物材料的油墨，它能對從生物體內(nèi)釋放出的化學(xué)物質(zhì)做出反應(yīng)并對其進(jìn)行量化。如，通過油墨識別汗液和潛在的其他生物分泌物或周圍環(huán)境的改變，將顏色在織物上反映出來。這類油墨可利用絲網(wǎng)技術(shù)印刷在紡織品，如衣服、鞋類，甚至面罩或其他復(fù)雜模式和高分辨率的屏幕上，提供人類反應(yīng)或暴露的詳細(xì)路線圖。可穿戴的生物傳感研發(fā)，在早先的《高級材料》期刊中也有所報道，它可同時檢測和量化生物分子，而且還可利用傳統(tǒng)的服裝和制服檢測出身體表面的病原體。

使用新型生物活性油墨與常見的絲網(wǎng)印刷方法相結(jié)合，為大規(guī)模生產(chǎn)帶傳感器的柔性可穿戴織物創(chuàng)造了條件，使業(yè)界獲得了應(yīng)用于檢測的一系列的條件。按照美國塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院弗朗克朵博（FrankC.Doble）工程教授的說法：“這類技術(shù)最終會用于特殊工作場所的制服、運(yùn)動裝，甚至家具和建筑結(jié)構(gòu)。”

可穿戴傳感設(shè)備在監(jiān)測人類身體和健康方面的研究很廣泛。許多這樣的設(shè)備已發(fā)明出來，即將電子產(chǎn)品納入可穿戴補(bǔ)丁、腕帶以及其他監(jiān)測局部或整體生理信息的配置，如心率或血糖的監(jiān)控。塔夫茨小組提出，該研究需要一個不同的、完整的新方法，即非電子的，在色比檢測理論上具有非常大的意義，其數(shù)據(jù)分析使其可分布到更大的服裝區(qū)域，即能附在服裝的任何部分，甚至可以貼附在身體上。

使傳感服裝成為可能的部件是生物激活的絲綢油墨。這類油墨配方中的可溶性絲基可嵌入各種“報告”分子，如pH值的敏感指標(biāo)或酶，如乳酸氧化酶，以表明汗液里的乳酸水平。前者可能是皮膚健康或脫水的指標(biāo)，而后者則可表明佩戴者的疲勞程度。絲素蛋白油墨的多功能絲素蛋白通過修飾它與活性分子如化學(xué)敏感染料、酶、抗體等相結(jié)合。雖然報告分子本身可能存在不穩(wěn)定性，但當(dāng)其嵌入墨水配方中的絲素蛋白時，它即可穩(wěn)定下來。

這類油墨通過與增稠劑（海藻酸鈉)和增塑劑(甘油)相結(jié)合而成的可像任何油墨一樣使用，因此它不僅可以應(yīng)用于服裝，還可應(yīng)用于其他物質(zhì)表面，如木材、塑料和紙張，以產(chǎn)生數(shù)百微米到幾十米不等的圖案。油墨呈現(xiàn)的顏色變化可提供視覺分析，使用相機(jī)成像分析掃描服裝或其他材料可收集關(guān)于量和高分辨率、亞毫米映射的精確信息。

這項(xiàng)技術(shù)是建立在早期研究基礎(chǔ)上的，他們曾開發(fā)出用于噴墨打印的生物活性絲綢油墨，以制造培養(yǎng)皿、紙傳感器和實(shí)驗(yàn)室手套，即通過改變顏色來查明細(xì)菌污染狀況。多虧了傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷方法，它給最新技術(shù)的研發(fā)提供了研發(fā)靈感，即相當(dāng)大的多路排列的傳感器廣泛覆蓋的身體區(qū)域，甚至可在整個房間那么大的面積內(nèi)使用。再加上圖像分析，可得到高分辨率的圖像顏色且反映一個大的區(qū)域，并獲得更多的監(jiān)控面積，甚至整體生理或環(huán)境狀態(tài)。在理論上，研究人員可擴(kuò)展這種方法來跟蹤空氣質(zhì)量，或支持流行病學(xué)，或檢測環(huán)境。該方法使用了常見的印刷技術(shù)，也創(chuàng)造性地開辟了應(yīng)用道路。例如，他們利用這一技術(shù)創(chuàng)造出一幅美麗的掛毯，相繼在美國和歐洲的博物館展出。這類展示也是互動的，游客可在織物上噴涂不同的無毒化學(xué)物，并觀察圖案的變化。專家稱，這確實(shí)是個很好的例子，這說明藝術(shù)和工程是在如何相互借鑒和激勵。這種設(shè)計的油墨開辟了嶄新的維度，而絲網(wǎng)印刷藝術(shù)早在1000年前就已發(fā)明出來，它為現(xiàn)代技術(shù)提供了非常適合的基礎(chǔ)高分辨率，即可穿戴傳感表面。

（據(jù)美國《科技日報》https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200605111234.htm近期資料）