印刷在可穿戴紡織品上的生物活性墨水可以繪制人體整個(gè)表面的狀況

印有pH敏感生物活性油墨的T恤絲網(wǎng)可以在穿著者身上提供pH響應(yīng)圖。生物活性墨水的各種變化可以檢測(cè)到人體或周圍環(huán)境釋放的其他分子

馬薩諸塞州梅德福/索默維爾(2020年6月5日)—塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于生物材料的墨水，這些墨水可以響應(yīng)并量化從身體(例如，汗液和可能的其他生物流體)或周圍環(huán)境釋放的化學(xué)物質(zhì)。通過(guò)改變顏色?？梢砸詮?fù)雜的圖案和高分辨率將油墨絲網(wǎng)印刷到紡織品上，例如衣服，鞋子或什至口罩上，從而提供人的反應(yīng)或暴露的詳細(xì)地圖。《先進(jìn)材料》雜志報(bào)道了可穿戴傳感技術(shù)的進(jìn)步， 可以使用常規(guī)服裝和制服同時(shí)檢測(cè)和量化人體表面的各種生物學(xué)狀況，分子以及可能的病原體。

“新穎的生物活性油墨的絲網(wǎng)印刷的非常常見(jiàn)的方法使用開(kāi)辟了有希望的機(jī)會(huì)，為大規(guī)模生產(chǎn)的具有大量傳感器的柔軟，耐磨織物可能被施加到檢測(cè)范圍的條件下，” 所述 菲奧倫佐Omenetto ，塔夫斯工學(xué)院的通訊作者和弗蘭克C.多布爾工程教授。“這些織物最終可以成為工作場(chǎng)所，運(yùn)動(dòng)服甚至是家具和建筑結(jié)構(gòu)上的制服。”

穿戴式傳感設(shè)備已引起人們對(duì)監(jiān)測(cè)人類績(jī)效和健康的濃厚興趣。已經(jīng)發(fā)明了許多這樣的設(shè)備，其將電子設(shè)備結(jié)合到可穿戴的貼片，腕帶以及監(jiān)視局部或整體生理信息(例如心率或血糖)的其他配置中。塔夫茨(Tufts)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的研究采用了另一種互補(bǔ)的方法-使用傳感服進(jìn)行非電子比色法檢測(cè)理論上非常多的分析物，這些傳感服可以分布到很大的區(qū)域：從補(bǔ)丁到整個(gè)身體，超越。

使傳感服成為可能的組件是生物激活的基于絲綢的墨水。這些油墨配方中的可溶性絲綢基質(zhì)可以通過(guò)嵌入各種“報(bào)告分子”(例如pH敏感指示劑)或諸如乳酸氧化酶之類的酶來(lái)指示汗液中乳酸的含量來(lái)進(jìn)行修飾。前者可以指示皮膚健康或脫水，而后者可以指示佩戴者的疲勞程度。通過(guò)用活性分子(如化學(xué)敏感性染料，酶，抗體等)修飾絲素蛋白蛋白，可以產(chǎn)生多種其他油墨衍生物，這是由于絲素蛋白的多功能性。盡管報(bào)告分子本身可能不穩(wěn)定，但當(dāng)嵌入到油墨配方中的絲素蛋白中時(shí)，它們可能變得穩(wěn)定。

具有生物活性的墨水會(huì)形成可感知人體和環(huán)境的織物。視頻：塔夫茨大學(xué)聚焦視覺(jué)媒體和SilkLab

通過(guò)與增稠劑(海藻酸鈉)和增塑劑(甘油)混合，將油墨配制用于絲網(wǎng)印刷?？山z網(wǎng)印刷的生物油墨可以像為絲網(wǎng)印刷開(kāi)發(fā)的任何油墨一樣使用，因此不僅可以應(yīng)用于服裝，還可以應(yīng)用于各種表面(例如木材，塑料和紙張)，以產(chǎn)生數(shù)百微米至數(shù)十米的圖案。盡管墨水呈現(xiàn)的顏色變化可以提供存在或不存在分析物的視覺(jué)提示，但使用相機(jī)成像分析掃描衣服或其他材料可以收集有關(guān)數(shù)量和高分辨率(亞毫米級(jí))的更精確信息。 。

該技術(shù)基于同一位研究人員的早期工作，他們開(kāi)發(fā)了生物活性絲綢油墨，這些油墨被配制用于噴墨印刷，以創(chuàng)建皮氏培養(yǎng)皿，紙張傳感器和實(shí)驗(yàn)室手套，這些手套可以通過(guò)改變顏色來(lái)指示細(xì)菌污染。

“絲網(wǎng)印刷方法相當(dāng)于具有大面積的傳感器，如果是穿在衣服上，甚至在房間內(nèi)部等大表面上，都可以覆蓋人體的廣闊區(qū)域，”生物醫(yī)學(xué)研究助理教授Giusy Matzeu說(shuō)。塔夫茨工程學(xué)院的工程專業(yè)，論文的第一作者。結(jié)合圖像分析，我們可以獲得大范圍顏色反應(yīng)的高分辨率圖，并獲得對(duì)整體生理或環(huán)境狀態(tài)的更多了解。從理論上講，我們可以將這種方法擴(kuò)展到跟蹤空氣質(zhì)量，或支持對(duì)流行病學(xué)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。”

該方法使用常見(jiàn)的印刷技術(shù)這一事實(shí)也為創(chuàng)意應(yīng)用開(kāi)辟了渠道-Omenetto SilkLab的塔夫茨大學(xué)的建筑師和最近的博士畢業(yè)生Laia Mogas-Soldevila探索了這一點(diǎn)。Mogas-Soldevila幫助創(chuàng)建了精美的掛毯，并在美國(guó)和歐洲的博物館中展出了這些掛毯。顯示屏是互動(dòng)式的，使訪客可以將不同的無(wú)毒化學(xué)品噴灑到織物上，并觀察花樣的變化。Mogas-Soldevila說(shuō)：“這確實(shí)是藝術(shù)和工程學(xué)如何相互受益和相互啟發(fā)的一個(gè)很好的例子。” “工程墨水為響應(yīng)式，交互式掛毯和表面開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，而擁有1000年歷史的絲網(wǎng)印刷藝術(shù)為滿足現(xiàn)代高分辨率，可穿戴傳感表面的需求提供了基礎(chǔ)。”

這項(xiàng)研究得到了美國(guó)陸軍Natick士兵研究，開(kāi)發(fā)和工程中心(W911QY-15-2-0001)，海軍研究辦公室(N00014-19-1-2399)的贈(zèng)款以及Stavros Niarchos的贈(zèng)款的支持?；A(chǔ)。

塔夫茨大學(xué)位于美國(guó)馬薩諸塞州波士頓，梅德福/薩默維爾和格拉夫頓以及法國(guó)塔洛瓦的校區(qū)，是美國(guó)一流的研究型大學(xué)。塔夫茨大學(xué)以其卓越的學(xué)術(shù)成就和培養(yǎng)學(xué)生成為各種專業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者而享譽(yù)全球。塔夫茨大學(xué)的所有校園都在開(kāi)展越來(lái)越多的創(chuàng)新教學(xué)和研究計(jì)劃，并且廣泛鼓勵(lì)教師和學(xué)生在大學(xué)各校的本科，研究生和專業(yè)課程中進(jìn)行合作