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Fil de Carbone-Nanotube
Les textiles intelligents pourraient surveiller les signes vitaux, avertir des allergènes, voire rafraîchir leurs porteurs lorsque la température augmente. Mais le câblage des tissus avec des capteurs s'est avéré un défi : la plupart des textiles électroniques sont trop volumineux pour être portés confortablement et ne peuvent pas effectuer des opérations sophistiquées. Aujourd'hui, les chercheurs ont enduit du fil de coton conventionnel avec des nanotubes de carbone hautement conducteurs et biodétecteurs. Les fils peuvent être tissés dans des tissus légers et portables, mais qui agissent comme de simples capteurs sensibles qui peuvent, entre autres fonctions, détecter le sang humain.
Textiles nanotubes : Un fil de coton trempé dans un mélange de nanotubes de carbone et de polymères conducteurs transporte suffisamment de courant électrique pour allumer une diode électroluminescente.
Nous voulions créer une alternative aux textiles électroniques très complexes développés précédemment, explique Nicolas Kotov , professeur de génie chimique à l'Université du Michigan. De nombreux textiles électroniques intègrent des fils métalliques, lourds et sujets à la corrosion, ou des fibres optiques, volumineuses. Et tandis que d'autres groupes ont essayé d'incorporer des nanotubes de carbone, qui peuvent transporter à la fois du courant électrique et des données, dans les textiles, les chercheurs ont eu peu de succès.
Les tissus de Kotov, qui sont fabriqués en trempant du coton dans un mélange de nanotubes de carbone et d'un polymère conducteur, transportent plus de courant que les textiles à nanotubes précédents. Dans un ouvrage publié en ligne dans Lettres nano , Kotov a montré qu'une diode électroluminescente (DEL) placée dans un circuit entre deux des fils de coton enduits brille de mille feux. La démonstration qu'un textile peut transporter autant de courant est époustouflante, dit Juan Hinestrosa , professeur de science des fibres et directeur du Laboratoire de nanotechnologie des textiles à l'Université Cornell.
Le groupe du Michigan est également le premier à démontrer la biodétection avec des textiles à nanotubes. Les nanotubes de carbone sont largement développés pour la détection chimique et les diagnostics cliniques, en partie parce qu'il est simple de les décorer avec des molécules de liaison comme des anticorps : lorsqu'une molécule cible se lie au nanotube, elle modifie la conductivité du nanotube d'une manière détectable. Dans ce cas, Kotov a décoré les nanotubes de carbone avec des anticorps contre l'albumine des protéines du sang humain, démontrant que les textiles pouvaient être utilisés pour détecter le sang humain. Les textiles ne répondent pas à l'albumine bovine, montrant que les capteurs sont très spécifiques à leur cible.
Le travail ouvrira la voie à une nouvelle génération de matériaux portables, prédit Hinestrosa. Il dit que le coton enduit de nanotubes de Kotov conserve les propriétés du textile et ajoute de nouvelles fonctions. Des vêtements de détection d'albumine pour les soldats pourraient alerter les équipes médicales à distance du fait qu'un soldat saigne, dit Kotov. Le changement de courant indiquant la présence d'une plaie pourrait être détecté par un ordinateur portable qui enverrait alors un message. Les textiles incorporant des nanotubes traités aux anticorps pourraient également alerter le porteur des allergènes en allumant des LED ou en envoyant un message à un téléphone portable. Des vêtements incorporant plusieurs bandes de tissu de détection, chacune ciblée sur un biomarqueur différent ou sur des paramètres tels que la température, seraient capables d'une surveillance plus sophistiquée des signes vitaux.
Nous nous rapprochons de l'objectif des textiles intelligents, déclare Pulickel Ajayan , professeur de génie mécanique et de science des matériaux à l'Université Rice. Le travail de Kotov, dit-il, est une bonne démonstration que les textiles incorporant des nanomatériaux peuvent faire plus que simplement conduire l'électricité.
L'avantage d'incorporer des nanotubes de carbone dans les textiles, explique Hinestrosa, est qu'ils peuvent remplir de nombreuses fonctions différentes, ce qui rend inutile l'ajout de composants supplémentaires et volumineux. Vous pouvez utiliser les mêmes fils que les conducteurs, les capteurs et les transducteurs du signal, dit-il. Par exemple, dans les vêtements qui s'adaptent aux conditions météorologiques, les nanotubes de carbone pourraient détecter la température, transmettre la lecture à un ordinateur portable, puis transmettre un signal de l'ordinateur qui dirige les fibres pour qu'elles se conforment à un tissage plus ouvert s'il fait chaud.
Kotov note que le mécanisme de biodétection de ses textiles, qui repose sur les changements de courant, n'est pas compliqué. Dans le scénario le plus simple possible, le changement de courant indiquant la présence d'une protéine d'intérêt peut être lu en utilisant rien de plus qu'une pile et une ampoule. Malgré la simplicité du concept, la sensibilité est incroyable, dit Kotov. En revanche, les méthodes conventionnelles d'identification des protéines nécessitent plusieurs étapes de préparation dans un laboratoire humide et un équipement d'imagerie par fluorescence.