Biến quần áo thông thường thành cảm biến sinh học
Công nghệ cảm biến sinh học mới được tạo ra tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Đại học Utah cho phép phát triển một quy trình biến vải quần áo thành cảm biến sinh học để đo hoạt động điện của cơ khi nó được mặc.
Công nghệ mới này của Trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học Huanan Zhang gần đây đã được trình bày chi tiết trong một bài báo đăng trên tạp chí khoa học Vật liệu APL. Bài báo “Dệt điện tử tương thích sinh học và ổn định sinh học dựa trên nanocompozit vàng và bạc cho cảm biến sinh học điện cơ đeo được” được đồng tác giả bởi sinh viên tốt nghiệp kỹ thuật hóa học Đại học Utah, Taehwan Lim, và Sohee Lee từ Khoa Quần áo và Dệt may tại Đại học Quốc gia Gyeongsang ở Hàn Quốc.
Zhang và nhóm của ông nghĩ ra phương pháp lấy vải dệt thông thường làm từ hỗn hợp bông/polyester và biến vải thành các cảm biến đo xung điện tạo ra từ chuyển động của cơ. Điều này có thể trở thành một giải pháp tốt hơn nhiều trong việc đo lường hoạt động của cơ bắp để phục hồi thể chất hoặc cho một số ứng dụng y tế khác. Thông thường, công nghệ cảm biến điện sinh học hiện tại trong đó người ta dán cảm biến bằng dây vào da đôi khi có thể không hiệu quả, không thoải mái, đắt tiền và tốn kém chi phí sản xuất.
Zhang cho biết: “Phương pháp mới này có thể cho phép bác sĩ lâm sàng thu thập tín hiệu điện dài hạn của cơ với độ chính xác cao hơn. Và chúng ta có thể hiểu rõ hơn về sự tiến triển của bệnh nhân”. Khi cơ của con người co lại, nó sẽ phát ra tín hiệu điện ở dạng ion (trái ngược với điện tử từ thiết bị chạy bằng điện).
Quy trình của Zhang liên quan đến việc phủ một lớp bạc cực nhỏ lên một mảnh vải để làm cho vật liệu dẫn điện và do đó nhận tín hiệu điện từ cơ. Nhưng chỉ có một lớp bạc là một vấn đề vì kim loại này có thể hơi độc hại khi tiếp xúc lâu với da. Vì vậy, nhóm nhà nghiên cứu cũng lắng đọng một lớp vàng cực nhỏ thứ hai, không độc hại khi chạm vào. Zhang cho biết vàng không chỉ bảo vệ da khỏi bạc mà còn tăng cường tín hiệu điện. Ông nói: “Lớp bạc cung cấp độ dẫn điện cơ bản, nhưng lớp vàng bên trên giúp cải thiện tín hiệu và khả năng tương thích sinh học, đồng thời giúp giảm chi phí sản xuất các thiết bị bằng vàng nguyên chất”.
Lớp bạc được áp dụng cho vải trong quy trình tương tự như in lụa đồ họa lên áo phông và nó chỉ được áp dụng cho các khu vực của quần áo tiếp xúc với cơ được đo. Sau đó, lớp vàng được lắng đọng bằng phương pháp điện hóa. Mạng cảm biến sau đó được gắn vào dây và thiết bị ghi điện cơ di động (EMG) để đo những cơn co thắt cơ.
Zhang cho biết điều quan trọng không kém là quy trình này cũng có khả năng chống lại những chu trình lặp đi lặp lại trong máy giặt. Nhóm của Zhang tiến hành chạy một mẫu quần áo được xử lý bằng quy trình này qua 15 lần giặt và chúng không ảnh hưởng đến hiệu quả của cảm biến. Hiện tại, Zhang và nhóm của ông đã thử nghiệm phương pháp này trên ống nén cho cẳng tay. Mặc dù công nghệ này chủ yếu được sử dụng trên tay áo hoặc vớ nén vì nó yêu cầu quần áo phải liên tục tiếp xúc với da, nhưng Zhang tưởng tượng rằng nó cũng có thể được sử dụng cho một số loại quần áo bó sát da khác như quần đi xe đạp hoặc quần bó thể thao.
Quần áo được trang bị cảm biến này là một ví dụ khác về xu hướng phổ biến của công nghệ thiết bị đeo giúp liên tục theo dõi sức khỏe của bạn suốt cả ngày, chẳng hạn như Apple Watch. Và Zhang thậm chí còn hình dung ra một ngày khi quần áo người dùng có thể giao tiếp với đồng hồ kỹ thuật số để cung cấp kết quả đọc theo thời gian thực với điều kiện màn hình EGM trở nên đủ nhỏ.