Een belangrijke factor die de ontwikkeling van draagbare biosensoren voor gezondheidsmonitoring tegenhoudt, is het ontbreken van een lichtgewicht, langdurige stroomvoorziening. Nu melden wetenschappers van de Universiteit van Massachusetts Amherst onder leiding van materiaalchemicus Trisha L. Andrew dat ze een methode hebben ontwikkeld om een ​​ladingopslagsysteem te maken dat gemakkelijk in kleding kan worden geïntegreerd om 'een ladingopslagpatroon op elk kledingstuk te borduren'.

Zoals Andreas uitlegt, "Batterijen of andere soorten ladingopslag zijn nog steeds de beperkende componenten voor de meeste draagbare, draagbaar, opneembare of flexibele technologieën. De apparaten zijn meestal een combinatie van te grote, te zwaar en niet flexibel."

Hun nieuwe methode maakt gebruik van een micro-supercondensator en combineert dampgecoate geleidende draden met een polymeerfilm, plus een speciale naaitechniek om een ​​flexibel gaas van uitgelijnde elektroden op een textielrug te creëren. Het resulterende solid-state apparaat heeft een hoog vermogen om lading op te slaan voor zijn grootte, en andere kenmerken die het mogelijk maken om draagbare biosensoren van stroom te voorzien.

Andrew voegt eraan toe dat hoewel onderzoekers opmerkelijk veel verschillende elektronische circuitcomponenten hebben geminiaturiseerd, tot nu toe kon hetzelfde niet gezegd worden voor apparaten die ladingen opslaan. "Met dit papier we laten zien dat we letterlijk een patroon voor het opslaan van lading op elk kledingstuk kunnen borduren met behulp van de dampgecoate draden die ons laboratorium maakt. Dit opent de deur voor het eenvoudig naaien van circuits op zelfaangedreven slimme kledingstukken." Details verschijnen online in ACS Toegepaste materialen en interfaces .

Andrew en postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur Lushuai Zhang, plus afgestudeerde student chemische technologie Wesley Viola, wijzen erop dat supercondensatoren ideale kandidaten zijn voor draagbare ladingsopslagcircuits omdat ze inherent hogere vermogensdichtheden hebben in vergelijking met batterijen.

Maar "het opnemen van elektrochemisch actieve materialen met hoge elektrische geleidbaarheid en snel ionentransport in textiel is een uitdaging, " voegen ze toe. Andrew en collega's laten zien dat hun dampcoatingproces poreuze geleidende polymeerfilms creëert op dicht gedraaide garens, die gemakkelijk kunnen worden gezwollen met elektrolytionen en een hoge ladingsopslagcapaciteit per lengte-eenheid behouden in vergelijking met eerder werk met geverfde of geëxtrudeerde vezels.

Andreas, die het Wearable Electronics Lab leidt bij UMass Amherst, merkt op dat textielwetenschappers vanwege technische problemen en hoge kosten de neiging hebben om dampafzetting niet toe te passen, maar meer recentelijk onderzoek heeft aangetoond dat de technologie kan worden opgeschaald en kosteneffectief kan blijven.

Zij en haar team werken momenteel samen met anderen bij het Personalised Health Monitoring Centre van het UMass Amherst Institute for Applied Life Sciences aan het integreren van de nieuwe geborduurde ladingopslagarrays met e-textielsensoren en energiezuinige microprocessors om slimme kledingstukken te bouwen die een looppatroon en gewrichtsbewegingen van een persoon gedurende een normale dag.