Gli ingegneri della Tufts University hanno sviluppato un nuovo metodo di fabbricazione per creare fili tinti che cambiano colore quando rilevano una varietà di gas. I ricercatori hanno dimostrato che i thread possono essere letti visivamente, o ancora più precisamente utilizzando la fotocamera di uno smartphone, per rilevare variazioni di colore dovute ad analiti fino a 50 parti per milione. Intessuto in vestiti, accorto, i fili di rilevamento del gas potrebbero fornire un riutilizzabile, lavabile, e conveniente risorsa di sicurezza in ambito medico, posto di lavoro, ambienti militari e di soccorso, dicono. Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista Rapporti scientifici , descrive il metodo di fabbricazione e la sua capacità di estendersi a un'ampia gamma di coloranti e al rilevamento di miscele di gas complesse.

Pur non sostituendo la precisione dei dispositivi elettronici comunemente utilizzati per rilevare i gas volatili, l'incorporazione del rilevamento del gas nei tessuti consente una lettura senza apparecchiature, senza bisogno di formazione specializzata, dicono i ricercatori. Un tale approccio potrebbe rendere la tecnologia accessibile a una forza lavoro generale, o alle comunità con risorse limitate che possono beneficiare delle informazioni fornite dai tessili.

Lo studio ha utilizzato un colorante a base di manganese, MnTPP, rosso di metile, e blu di bromotimolo per dimostrare il concetto. MnTPP e blu di bromotimolo possono rilevare l'ammoniaca mentre il rosso di metile può rilevare l'acido cloridrico, gas comunemente rilasciati dai prodotti per la pulizia, fertilizzanti e produzione di sostanze chimiche e materiali. Un processo in tre fasi "intrappola" il colorante nel filo. Il filo viene prima immerso nella tintura, poi trattato con acido acetico, che rende la superficie più ruvida e gonfia la fibra, possibilmente consentendo interazioni più vincolanti tra il colorante e il battistrada. Finalmente, il filo è trattato con polidimetilsilossano (PDMS), che crea un flessibile, sigillo fisico attorno al filo e alla tintura, che respinge anche l'acqua e impedisce la lisciviazione della tintura durante il lavaggio. È importante sottolineare che il PDMS è anche permeabile ai gas, permettendo agli analiti di raggiungere i coloranti ottici.

"I coloranti che abbiamo usato funzionano in modi diversi, in modo da poter rilevare gas con chimica diversa, " ha detto Sameer Sonkusale, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la School of Engineering della Tufts University, che dirige il Nano Lab di Tufts ed è l'autore corrispondente dello studio. Il team di Sonkusale ha utilizzato coloranti semplici che rilevano i gas con proprietà acide o basiche. "Ma dal momento che stiamo usando un metodo che intrappola efficacemente la tintura sul filo, piuttosto che affidarsi così tanto alla chimica vincolante, abbiamo una maggiore flessibilità nell'uso di coloranti con un'ampia gamma di chimiche funzionali per rilevare diversi tipi di gas, " Egli ha detto.

I coloranti testati hanno cambiato colore in modo dipendente e proporzionale alla concentrazione del gas misurata con metodi spettroscopici. Tra la precisione di uno spettrometro e l'occhio umano c'è la possibilità di utilizzare gli smartphone per leggere e quantificare i cambiamenti di colore o interpretare le firme di colore utilizzando più fili e coloranti. "Ciò ci consentirebbe di aumentare il rilevamento per misurare molti analiti contemporaneamente, o per distinguere analiti con firme colorimetriche uniche, " disse Sonkusale.

I fili lavoravano anche sott'acqua, rilevare l'esistenza di ammoniaca disciolta. "Mentre il sigillante PDMS è idrofobo e mantiene l'acqua lontana dal filo, i gas disciolti possono ancora raggiungere il colorante da quantificare." ha detto Rachel Owyeung, autore principale e studente laureato presso il Dipartimento di Ciuffi di Ingegneria Chimica e Biologica. "Come sensori di gas disciolto, immaginiamo tessuti intelligenti che rilevano l'anidride carbonica o altri composti organici volatili durante l'esplorazione di petrolio e gas come una possibile applicazione".

Poiché il lavaggio ripetuto o l'uso sott'acqua non diluisce il colorante, si può fare affidamento sui thread per un rilevamento quantificabile coerente molte volte, hanno detto i ricercatori.