Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp chế tạo mới để tạo ra các sợi nhuộm thay đổi màu sắc khi chúng phát hiện ra nhiều loại khí. Được dệt vào quần áo, các sợi thông minh, phát hiện khí có thể cung cấp một tài sản an toàn có thể tái sử dụng, có thể giặt và giá cả phải chăng trong môi trường y tế, nơi làm việc, quân đội và cứu hộ. Nghiên cứu mô tả phương pháp chế tạo và khả năng mở rộng ra nhiều loại thuốc nhuộm và phát hiện các hỗn hợp khí phức tạp.
Các kỹ sư của Đại học Tufts đã phát triển một phương pháp chế tạo mới để tạo ra các sợi nhuộm thay đổi màu sắc khi họ phát hiện ra nhiều loại khí. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng các luồng có thể được đọc một cách trực quan, hoặc thậm chí chính xác hơn bằng cách sử dụng máy ảnh trên điện thoại thông minh, để phát hiện sự thay đổi màu sắc do các phân tích thấp tới 50 phần triệu. Dệt vào quần áo, các sợi thông minh, phát hiện khí có thể cung cấp một tài sản an toàn có thể tái sử dụng, có thể giặt và giá cả phải chăng trong môi trường y tế, nơi làm việc, quân đội và cứu hộ, họ nói. Nghiên cứu, được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Khoa học báo cáo , mô tả phương pháp chế tạo và khả năng mở rộng ra nhiều loại thuốc nhuộm và phát hiện các hỗn hợp khí phức tạp.
Các nhà nghiên cứu cho biết, mặc dù không thay thế độ chính xác của các thiết bị điện tử thường được sử dụng để phát hiện khí dễ bay hơi, việc kết hợp phát hiện khí vào hàng dệt cho phép đọc thiết bị miễn phí mà không cần đào tạo chuyên môn. Cách tiếp cận như vậy làm cho công nghệ có thể tiếp cận được với lực lượng lao động nói chung hoặc cộng đồng tài nguyên thấp có thể hưởng lợi từ thông tin mà hàng dệt may cung cấp.
Nghiên cứu đã sử dụng thuốc nhuộm dựa trên mangan, MnTPP, đỏ methyl và xanh bromothymol để chứng minh khái niệm này. MnTPP và bromothymol blue có thể phát hiện amoniac trong khi đỏ methyl có thể phát hiện hydro clorua – khí thường được giải phóng từ việc làm sạch nguồn cung cấp, sản xuất phân bón và hóa chất và vật liệu. Một quy trình gồm ba bước “bẫy” thuốc nhuộm trong chỉ. Đầu tiên sợi được nhúng vào thuốc nhuộm, sau đó được xử lý bằng axit axetic, làm cho bề mặt thô hơn và phồng sợi, có thể cho phép nhiều tương tác ràng buộc hơn giữa thuốc nhuộm và rãnh. Cuối cùng, sợi được xử lý bằng polydimethylsiloxane (PDMS), tạo ra một con dấu vật lý linh hoạt xung quanh sợi và thuốc nhuộm, cũng đẩy nước và ngăn thuốc nhuộm khỏi bị rỉ trong quá trình giặt. Điều quan trọng, PDMS cũng có thể thấm khí, cho phép các chất phân tích tiếp cận với thuốc nhuộm quang học.
Sameer Sonkusale, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Kỹ thuật Tufts, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Nano tại Tufts, cho biết: “Thuốc nhuộm mà chúng tôi sử dụng hoạt động theo nhiều cách khác nhau, vì vậy chúng tôi có thể phát hiện ra các loại khí với các hóa chất khác nhau”. . Nhóm của Sonkusale đã sử dụng thuốc nhuộm đơn giản phát hiện khí có tính chất axit hoặc bazơ. “Nhưng vì chúng tôi đang sử dụng một phương pháp bẫy thuốc nhuộm một cách hiệu quả, thay vì phụ thuộc quá nhiều vào hóa học liên kết, chúng tôi có thể linh hoạt hơn để sử dụng thuốc nhuộm với một loạt các hóa chất chức năng để phát hiện các loại khí khác nhau”, ông nói .
Các thuốc nhuộm được thử nghiệm đã thay đổi màu sắc theo cách phụ thuộc và tỷ lệ thuận với nồng độ của khí khi đo bằng phương pháp quang phổ. Ở giữa độ chính xác của máy quang phổ và mắt người là khả năng sử dụng điện thoại thông minh để đọc và định lượng sự thay đổi màu sắc hoặc giải thích chữ ký màu bằng nhiều sợi và thuốc nhuộm. “Điều đó sẽ cho phép chúng tôi mở rộng quy mô phát hiện để đo nhiều phân tích cùng một lúc hoặc để phân biệt các phân tích với các chữ ký so màu duy nhất,” Sonkusale nói.
Các chủ đề thậm chí làm việc dưới nước, phát hiện sự tồn tại của amoniac hòa tan. “Trong khi chất bịt kín PDMS là kỵ nước và giữ nước khỏi luồng, các khí hòa tan vẫn có thể đạt đến thuốc nhuộm để được định lượng.” Rachel Owyeung, tác giả chính và nghiên cứu sinh tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học Tufts cho biết. “Là các cảm biến khí hòa tan, chúng tôi tưởng tượng các loại vải thông minh phát hiện carbon dioxide hoặc các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khác trong quá trình thăm dò dầu khí là một ứng dụng khả thi.”
Vì việc giặt lặp đi lặp lại hoặc sử dụng dưới nước không làm loãng thuốc nhuộm, các sợi có thể được dựa vào để phát hiện định lượng nhất quán nhiều lần, các nhà nghiên cứu cho biết.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Tufts . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :