Bis vor kurzem, als Sie vielleicht denken - Mitte der 1980er Jahre - verwendeten Bergleute Käfigkanarien als Frühwarnsystem für Kohlenmonoxid. Die Vögel reagieren äußerst empfindlich auf die Auswirkungen giftiger Gase. Als man die Bergleute umkippte, war klar, dass es an der Zeit war, frische Luft zu schnappen. Die Kanarischen Inseln wurden letztendlich durch eine humanere Technologie ersetzt - digitale Sensoren, die den Kohlenmonoxiddetektoren ähneln, die viele von uns jetzt in ihren Häusern haben.
Aber stellen Sie sich vor, stattdessen könnten Bergleute - oder Soldaten oder Rettungskräfte - einfach ein Hemd anziehen, das bei Vorhandensein von gefährlichem Benzin die Farbe ändert.
Das ist die Technologie, die derzeit an der Tufts University entwickelt wird, wo Forscher gefärbte Fäden entwickelt haben, die ihre Farbe in Gegenwart von Kohlenmonoxid und anderen Gefahren ändern. Sie hoffen, dass die Fäden irgendwann in schicke Kleidung eingewebt werden können, um Arbeitnehmern in einer Vielzahl von Bereichen zu helfen. Diese Kleidung könnte möglicherweise noch günstiger und benutzerfreundlicher sein als die derzeitigen Methoden zur Gasdetektion, so die Forscher.
„Wir wollten eine Lösung für die Umweltüberwachung entwickeln, bei der Sie nicht daran denken müssen, den Sensor mitzunehmen“, sagt Rachel Owyeung, eine Doktorandin der chemischen und biologischen Ingenieurwissenschaften bei Tufts. "Mit unseren waschbaren Gasmessfäden kann der Sensor in etwas eingebettet werden, das Sie bereits tragen würden, z. B. ein Hemd."
Owyeung war Hauptautor eines Papiers über die Technologie, das kürzlich in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurde .
Die Forscher untersuchten drei Arten von Farbstoffen: MnTPP, Methylrot und Bromthymolblau. MnTPP und Bromthymolblau erkennen Ammoniak, während Methylrot Chlorwasserstoff erkennt, der Augen, Haut und Atemwege schädigen kann. Sie verwendeten ein spezielles Verfahren, um den Farbstoff an den Faden zu binden, indem sie ihn mit Essigsäure behandelten, was den Faden gröber macht und eine festere Befestigung ermöglicht. Sie brachten dann ein Polymer auf den Faden auf, um eine wasserabweisende Versiegelung zu erzeugen. Auf diese Weise kann das resultierende Kleidungsstück gewaschen werden, ohne dass der Farbstoff herausläuft.
Die Farbveränderung, die auftritt, wenn die Fäden Gas ausgesetzt sind, kann mit bloßem Auge oder mit einer Smartphone-Kamera gesehen werden. Die Kamera ermöglicht eine noch empfindlichere Erkennung und zeigt subtile Farbänderungen an, die auftreten, wenn gefährliche Substanzen nur 50 ppm enthalten.
Kleidung oder Materialien, die aus den Farbänderungsfäden hergestellt sind, könnten eine breite Vielfalt von Anwendungen haben. Es könnte von Arbeitern verwendet werden, die mit Reinigungsmitteln, Düngemitteln oder chemischer Herstellung befasst sind, Materialien, die alle gefährliche Gase entwickeln können. Es könnte dem Militär helfen, chemische Waffen zu meiden. Es könnte sogar unter Wasser verwendet werden - die Gassensoren sind wasserfest und ermöglichen es ihnen, gelöste Gase zu erkennen. Dies könnte in der Öl- und Gasexplorationsindustrie nützlich sein. Es könnte möglicherweise auch für medizinische Zwecke eingesetzt werden, indem der Gasgehalt im Blut oder in anderen biologischen Flüssigkeiten zur Diagnose von Krankheiten bestimmt wird. Das Team hofft, dass Gasspürkleidung besonders in ressourcenarmen Umgebungen nützlich sein kann, in denen die Mitarbeiter möglicherweise keinen Zugang zu digitalen Geräten haben oder nicht mit diesen trainiert sind.
"Meine Lieblingsanwendung als jemand, der jeden Tag in einem Forschungslabor arbeitet, ist das Einbetten unserer Fäden in Laborkittel", sagt Owyeung. „Ich muss den Laborkittel immer tragen, und wenn der Fleck in meinem Laborkittel die Farbe ändert, weiß ich, dass sich in meinem Arbeitsbereich einige flüchtige Verbindungen befinden. Dadurch kann ich meine unmittelbare Umgebung in Echtzeit überwachen und so schneller reagieren, um meine und die Sicherheit anderer zu gewährleisten. "
Die nächsten Schritte des Teams werden darin bestehen, weiter zu untersuchen, wie sie die Fäden verwenden könnten, um gelöste Gase in Wasser zu erkennen.
„Die Anwendung von pH-sensitiven Farbstoffen auf Textilien ist nicht neu, aber die spezifische Anwendung der Autoren - die Gasdetektion - scheint mir neu und interessant zu sein“, sagt Harold Freeman, Professor für Textilchemie an der North Carolina State University.
Laut Freeman entspricht die Technologie den aktuellen Forschungsergebnissen zu elektronischen Textilien mit eingebetteten Sensoren zur Überwachung der Körperfunktionen.
"Es erscheint logisch, die derzeitige Technologie auf die Erkennung schädlicher atmosphärischer Gase auszudehnen", sagt er.
Kanaren überall sind sicher zu genehmigen.
