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。為驗證這種假設，研究人員希望進行動物測試前，改進他們生產“人類紡織品”的技術。若確定無疑，那么即可進入臨床試驗。

美國塔夫茨大學工程學院（Tufts University’s School of Engineering）研究人員開發(fā)出基于生物材料的油墨，它能對從生物體內釋放出的化學物質做出反應并對其進行量化。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)技術印刷在紡織品，如衣服、鞋類，甚至面罩或其他復雜模式和高分辨率的屏幕上，提供人類反應或暴露的詳細路線圖?？纱┐鞯纳飩鞲醒邪l(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)印刷方法相結合，為大規(guī)模生產帶傳感器的柔性可穿戴織物創(chuàng)造了條件，使業(yè)界獲得了應用于檢測的一系列的條件。按照美國塔夫茨大學工程學院弗朗克朵博（FrankC.Doble）工程教授的說法：“這類技術最終會用于特殊工作場所的制服、運動裝，甚至家具和建筑結構?！?/p>

可穿戴傳感設備在監(jiān)測人類身體和健康方面的研究很廣泛。許多這樣的設備已發(fā)明出來，即將電子產品納入可穿戴補丁、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，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敏感染料、酶、抗體等相結合。雖然報告分子本身可能存在不穩(wěn)定性，但當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)相結合而成的可像任何油墨一樣使用，因此它不僅可以應用于服裝，還可應用于其他物質表面，如木材、塑料和紙張，以產生數(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，使用相機成像分析掃描服裝或其他材料可收集關于量和高分辨率、亞毫米映射的精確信息。

這項技術是建立在早期研究基礎上的，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、紙傳感器和實驗室手套，即通過改變顏色來查明細菌污染狀況。多虧了傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷方法，它給最新技術的研發(fā)提供了研發(fā)靈感，即相當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，研究人員可擴展這種方法來跟蹤空氣質量，或支持流行病學，或檢測環(huán)境。該方法使用了常見的印刷技術，也創(chuàng)造性地開辟了應用道路。例如，他們利用這一技術創(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物，并觀察圖案的變化。專家稱，這確實是個很好的例子，這說明藝術和工程是在如何相互借鑒和激勵。這種設計的油墨開辟了嶄新的維度，而絲網(wǎng)印刷藝術早在1000年前就已發(fā)明出來，它為現(xiàn)代技術提供了非常適合的基礎高分辨率，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）