Do niedawna, niż mogłoby się wydawać - w połowie lat 80. XX wieku - górnicy używali kanarek w klatkach jako systemu wczesnego ostrzegania przed tlenkiem węgla. Ptaki są bardzo wrażliwe na działanie toksycznych gazów, więc kiedy ktoś potknąłby się o górników, wiedział, że nadszedł czas na świeże powietrze. Kanarki zostały ostatecznie zastąpione bardziej humanitarną technologią - czujniki cyfrowe podobne do detektorów tlenku węgla, które wielu z nas ma obecnie w naszych domach.
Ale wyobraź sobie, że zamiast tego górnicy - żołnierze lub ratownicy - mogliby po prostu założyć koszulę, która zmieniłaby kolor w obecności niebezpiecznego gazu.
Jest to technologia obecnie rozwijana na Uniwersytecie Tufts, gdzie naukowcy stworzyli barwione nici, które zmieniają kolor w obecności tlenku węgla i innych zagrożeń. Mają nadzieję, że nici zostaną ostatecznie wplecione w inteligentną odzież, co przyniesie korzyści pracownikom z różnych dziedzin. Naukowcy twierdzą, że ta odzież może być jeszcze bardziej przystępna cenowo i łatwiejsza w użyciu niż obecne metody wykrywania gazu.
„Chcieliśmy opracować rozwiązanie do monitorowania środowiska, w którym nie trzeba pamiętać o zabraniu ze sobą czujnika” - mówi Rachel Owyeung, absolwentka inżynierii chemicznej i biologicznej w Tufts. „Dzięki naszym zmywalnym nitkom z wyczuwalnym gazem czujnik może zostać osadzony w czymś, co już nosisz, na przykład w koszuli”.
Owyeung był głównym autorem artykułu na temat technologii, opublikowanego niedawno w czasopiśmie Scientific Reports .
Naukowcy badali trzy rodzaje barwników: MnTPP, czerwień metylowa i błękit bromotymolowy. MnTPP i błękit bromotymolowy wykrywają amoniak, a czerwień metylowa wykrywa chlorowodór, które mogą uszkadzać oczy, skórę i drogi oddechowe. Zastosowali specjalny proces, aby związać barwnik z nitką, traktując go kwasem octowym, co sprawia, że nitka jest grubsza i pozwala na mocniejsze mocowanie. Następnie nałożyli polimer na nić, aby stworzyć wodoodporne uszczelnienie. W ten sposób powstałą odzież można prać bez wymywania barwnika.
Zmiana koloru, która występuje, gdy nitki są wystawione na działanie gazu, można zobaczyć gołym okiem lub za pomocą aparatu w smartfonie. Kamera pozwala na jeszcze bardziej czułe wykrywanie, odczytując subtelne zmiany kolorów zachodzące, gdy niebezpieczne substancje są tak niskie, jak 50 części na milion.
Odzież lub materiały wykonane z nici zmieniających kolor mogą mieć wiele różnych zastosowań. Może być stosowany przez pracowników zajmujących się środkami czyszczącymi, nawozami lub produkcją chemiczną, materiałami, które mogą emitować niebezpieczne gazy. Może pomóc personelowi wojskowemu uniknąć broni chemicznej. Można go nawet stosować pod wodą - czujniki gazu są stabilne w wodzie, umożliwiając im wykrywanie rozpuszczonych gazów. Może to być przydatne w przemyśle poszukiwania ropy i gazu. Może również potencjalnie mieć zastosowanie medyczne, wykrywając poziomy gazu we krwi lub innych płynach biologicznych jako sposób diagnozowania chorób. Zespół ma nadzieję, że odzież wykrywająca gaz może być szczególnie przydatna w środowiskach o niskim zużyciu zasobów, w których pracownicy mogą nie mieć dostępu do urządzeń cyfrowych ani nie szkolić się w tym zakresie.
„Moją ulubioną aplikacją, ponieważ ktoś, kto codziennie pracuje w laboratorium badawczym, jest osadzanie naszych nici w fartuchach laboratoryjnych”, mówi Owyeung. „Jestem zobowiązany do noszenia fartucha laboratoryjnego przez cały czas, a jeśli łatka w moim fartuchu miałaby zmienić kolor, wiedziałbym, że w moim miejscu pracy są pewne lotne związki. Zapewnia mi to monitorowanie mojego bezpośredniego obszaru w czasie rzeczywistym, dzięki czemu mogę przyspieszyć czas reakcji w celu zapewnienia bezpieczeństwa i bezpieczeństwa innym ”.
Kolejnym krokiem zespołu będzie dalsze badanie, w jaki sposób mogą wykorzystać nitki do wykrywania rozpuszczonych gazów w wodzie.
„Zastosowanie barwników wrażliwych na pH do tekstyliów nie jest nowe, ale konkretne zastosowanie autorów - wykrywanie gazu - wydaje mi się nowe i interesujące” - mówi Harold Freeman, profesor chemii tekstyliów na North Carolina State University.
Freeman mówi, że technologia ta pasuje do obecnych badań nad elektronicznymi tkaninami z wbudowanymi czujnikami do monitorowania funkcji organizmu.
„Logiczne wydaje się rozszerzenie obecnej technologii na wykrywanie szkodliwych gazów atmosferycznych”, mówi.
Kanary na całym świecie z pewnością się zgodzą.
