带有生物活性墨水的新型智能织物可通过改变颜色来监控身体和环境

印刷在可穿戴纺织品上的生物活性墨水可以绘制人体整个表面的状况

印有pH敏感生物活性油墨的T恤丝网可以在穿着者身上提供pH响应图。生物活性墨水的各种变化可以检测到人体或周围环境释放的其他分子

马萨诸塞州梅德福/索默维尔(2020年6月5日)—塔夫茨大学工程学院的研究人员已经开发出基于生物材料的墨水，这些墨水可以响应并量化从身体(例如，汗液和可能的其他生物流体)或周围环境释放的化学物质。通过改变颜色。可以以复杂的图案和高分辨率将油墨丝网印刷到纺织品上，例如衣服，鞋子或什至口罩上，从而提供人的反应或暴露的详细地图。《先进材料》杂志报道了可穿戴传感技术的进步， 可以使用常规服装和制服同时检测和量化人体表面的各种生物学状况，分子以及可能的病原体。

“新颖的生物活性油墨的丝网印刷的非常常见的方法使用开辟了有希望的机会，为大规模生产的具有大量传感器的柔软，耐磨织物可能被施加到检测范围的条件下，” 所述 菲奥伦佐Omenetto ，塔夫斯工学院的通讯作者和弗兰克C.多布尔工程教授。“这些织物最终可以成为工作场所，运动服甚至是家具和建筑结构上的制服。”

穿戴式传感设备已引起人们对监测人类绩效和健康的浓厚兴趣。已经发明了许多这样的设备，其将电子设备结合到可穿戴的贴片，腕带以及监视局部或整体生理信息(例如心率或血糖)的其他配置中。塔夫茨(Tufts)团队进行的研究采用了另一种互补的方法-使用传感服进行非电子比色法检测理论上非常多的分析物，这些传感服可以分布到很大的区域：从补丁到整个身体，超越。

使传感服成为可能的组件是生物激活的基于丝绸的墨水。这些油墨配方中的可溶性丝绸基质可以通过嵌入各种“报告分子”(例如pH敏感指示剂)或诸如乳酸氧化酶之类的酶来指示汗液中乳酸的含量来进行修饰。前者可以指示皮肤健康或脱水，而后者可以指示佩戴者的疲劳程度。通过用活性分子(如化学敏感性染料，酶，抗体等)修饰丝素蛋白蛋白，可以产生多种其他油墨衍生物，这是由于丝素蛋白的多功能性。尽管报告分子本身可能不稳定，但当嵌入到油墨配方中的丝素蛋白中时，它们可能变得稳定。

具有生物活性的墨水会形成可感知人体和环境的织物。视频：塔夫茨大学聚焦视觉媒体和SilkLab

通过与增稠剂(海藻酸钠)和增塑剂(甘油)混合，将油墨配制用于丝网印刷。可丝网印刷的生物油墨可以像为丝网印刷开发的任何油墨一样使用，因此不仅可以应用于服装，还可以应用于各种表面(例如木材，塑料和纸张)，以产生数百微米至数十米的图案。尽管墨水呈现的颜色变化可以提供存在或不存在分析物的视觉提示，但使用相机成像分析扫描衣服或其他材料可以收集有关数量和高分辨率(亚毫米级)的更精确信息。 。

该技术基于同一位研究人员的早期工作，他们开发了生物活性丝绸油墨，这些油墨被配制用于喷墨印刷，以创建皮氏培养皿，纸张传感器和实验室手套，这些手套可以通过改变颜色来指示细菌污染。

“丝网印刷方法相当于具有大面积的传感器，如果是穿在衣服上，甚至在房间内部等大表面上，都可以覆盖人体的广阔区域，”生物医学研究助理教授Giusy Matzeu说。塔夫茨工程学院的工程专业，论文的第一作者。结合图像分析，我们可以获得大范围颜色反应的高分辨率图，并获得对整体生理或环境状态的更多了解。从理论上讲，我们可以将这种方法扩展到跟踪空气质量，或支持对流行病学进行环境监测。”

该方法使用常见的印刷技术这一事实也为创意应用开辟了渠道-Omenetto SilkLab的塔夫茨大学的建筑师和最近的博士毕业生Laia Mogas-Soldevila探索了这一点。Mogas-Soldevila帮助创建了精美的挂毯，并在美国和欧洲的博物馆中展出了这些挂毯。显示屏是互动式的，使访客可以将不同的无毒化学品喷洒到织物上，并观察花样的变化。Mogas-Soldevila说：“这确实是艺术和工程学如何相互受益和相互启发的一个很好的例子。” “工程墨水为响应式，交互式挂毯和表面开辟了新的领域，而拥有1000年历史的丝网印刷艺术为满足现代高分辨率，可穿戴传感表面的需求提供了基础。”

这项研究得到了美国陆军Natick士兵研究，开发和工程中心(W911QY-15-2-0001)，海军研究办公室(N00014-19-1-2399)的赠款以及Stavros Niarchos的赠款的支持。基础。

塔夫茨大学位于美国马萨诸塞州波士顿，梅德福/萨默维尔和格拉夫顿以及法国塔洛瓦的校区，是美国一流的研究型大学。塔夫茨大学以其卓越的学术成就和培养学生成为各种专业领域的领导者而享誉全球。塔夫茨大学的所有校园都在开展越来越多的创新教学和研究计划，并且广泛鼓励教师和学生在大学各校的本科，研究生和专业课程中进行合作

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