Tot voor kort meer dan je zou denken - halverwege de jaren tachtig - gebruikten mijnwerkers gekooide kanaries als een waarschuwingssysteem voor koolmonoxide. De vogels zijn ultragevoelig voor de effecten van giftige gassen, dus toen men over de mijnwerkers kielde, wist het dat het tijd was om frisse lucht te krijgen. Canarische eilanden werden uiteindelijk vervangen door meer humane technologie - digitale sensoren vergelijkbaar met de koolmonoxidedetectoren die velen van ons nu in onze huizen hebben.
Maar stel je voor dat mijnwerkers - of soldaten of reddingswerkers - gewoon een shirt zouden kunnen aantrekken dat van kleur zou veranderen in de aanwezigheid van gevaarlijk gas.
Dat is de technologie die momenteel wordt ontwikkeld aan de Tufts University, waar onderzoekers geverfde draden hebben gemaakt die van kleur veranderen in aanwezigheid van koolmonoxide en andere gevaren. Ze hopen dat de draden uiteindelijk in slimme kleding kunnen worden geweven om werknemers op verschillende gebieden te helpen. Deze kleding is mogelijk nog betaalbaarder en gebruiksvriendelijker dan de huidige methoden voor gasdetectie, zeggen onderzoekers.
"We wilden een oplossing ontwikkelen voor omgevingsmonitoring, waarbij je niet hoefde te onthouden om de sensor mee te nemen", zegt Rachel Owyeung, afgestudeerd in chemische en biologische engineering aan Tufts. "Met onze wasbare draden die gas detecteren, kan de sensor worden ingebed in iets dat je al zou dragen, zoals een shirt."
Owyeung was hoofdauteur van een paper over de technologie, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports .
De onderzoekers bestudeerden drie soorten kleurstof: MnTPP, methylrood en bromothymolblauw. MnTPP en bromothymolblauw detecteren ammoniak, terwijl methylrood waterstofchloride detecteert, die beide de ogen, huid en luchtwegen kunnen beschadigen. Ze gebruikten een speciaal proces om de kleurstof aan de draad te binden door deze te behandelen met azijnzuur, waardoor de draad grover wordt en een steviger hechting mogelijk wordt. Ze brachten vervolgens een polymeer op de draad aan om een waterafstotende afdichting te creëren. Op deze manier kan het resulterende kledingstuk worden gewassen zonder dat de kleurstof uitlogen.
De kleurverandering die optreedt wanneer de draden worden blootgesteld aan gas, is zichtbaar met het blote oog of met een smartphonecamera. De camera zorgt voor een nog gevoeliger detectie en leest subtiele kleurveranderingen die optreden wanneer gevaarlijke stoffen zo laag zijn als 50 delen per miljoen.
Kleding of materialen gemaakt van de kleurwisseldraden kunnen een breed scala aan toepassingen hebben. Het kan worden gebruikt door werknemers die te maken hebben met schoonmaakproducten, kunstmest of chemische productie, materialen die allemaal gevaarlijke gassen kunnen uitstoten. Het kan militairen helpen chemische wapens te vermijden. Het zou zelfs onder water kunnen worden gebruikt - de gassensoren zijn stabiel in water, waardoor ze opgeloste gassen kunnen detecteren. Dit kan nuttig zijn in de olie- en gasexploratie-industrie. Het kan ook potentieel medisch gebruik hebben, door gasniveaus in bloed of andere biologische vloeistoffen te detecteren als een manier om ziekten te diagnosticeren. Het team hoopt dat kleding voor gasdetectie vooral nuttig kan zijn in omgevingen met weinig hulpbronnen, waar werknemers mogelijk geen toegang hebben tot of trainen op digitale apparaten.
"Mijn favoriete toepassing, als iemand die elke dag in een onderzoekslaboratorium werkt, is onze draden in laboratoriumjassen inbedden", zegt Owyeung. “Ik moet de laboratoriumjas te allen tijde dragen, en als de patch in mijn laboratoriumjas van kleur zou veranderen, zou ik weten dat er wat vluchtige stoffen in mijn werkgebied zitten. Dit biedt me realtime monitoring van mijn directe omgeving, zodat het mijn responstijd kan versnellen om mijn veiligheid en die van anderen te waarborgen. "
De volgende stappen van het team zullen zijn om verder te onderzoeken hoe ze de draden kunnen gebruiken om opgeloste gassen in water te detecteren.
"De toepassing van pH-gevoelige kleurstoffen op textiel is niet nieuw, maar de specifieke toepassing van de auteurs - gasdetectie - lijkt nieuw voor mij en is interessant", zegt Harold Freeman, professor textielchemie aan de North Carolina State University.
Freeman zegt dat de technologie past in het huidige onderzoek naar elektronisch textiel met ingebouwde sensoren om lichaamsfuncties te bewaken.
"Het lijkt logisch om de huidige technologie uit te breiden tot de detectie van schadelijke atmosferische gassen, " zegt hij.
Canarische eilanden overal zullen dit zeker goedkeuren.
