C’est intelligent! Les scientifiques développent de nouveaux fils qui changent de couleur lorsque des gaz nocifs sont dans l'air

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Ces fils de tissu aux couleurs changeantes pourraient devenir une nouvelle forme de protection brillante pour les travailleurs et les employés qui travaillent à proximité de gaz dangereux.

Les ingénieurs de l'Université Tufts ont développé une nouvelle méthode de fabrication pour créer des fils teints qui changent de couleur lorsqu'ils détectent une variété de gaz nocifs. Tissés dans les vêtements, les fils intelligents de détection de gaz pourraient fournir un atout de sécurité réutilisable, lavable et abordable dans les environnements médicaux, de travail, militaires et de sauvetage, disent-ils.


L'étude, publiée aujourd'hui dans la revue Rapports scientifiques , décrit le procédé de fabrication et sa capacité à s'étendre à une large gamme de colorants et à détecter des mélanges gazeux complexes. Les chercheurs ont démontré que les fils peuvent être lus visuellement, ou encore plus précisément à l'aide d'une caméra de smartphone, pour détecter les changements de couleur dus à des analytes aussi bas que 50 parties par million.

Sans remplacer la précision des appareils électroniques couramment utilisés pour détecter les gaz volatils, l'incorporation de la détection de gaz dans les textiles permet une lecture sans équipement, sans nécessiter de formation spécialisée, disent les chercheurs. Une telle approche pourrait rendre la technologie accessible à une main-d’œuvre générale ou à des communautés à faibles ressources qui peuvent bénéficier des informations fournies par les textiles.

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L'étude a utilisé un colorant à base de manganèse, du MnTPP, du rouge de méthyle et du bleu de bromothymol pour prouver le concept. Le MnTPP et le bleu de bromothymol peuvent détecter l'ammoniac, tandis que le rouge de méthyle peut détecter le chlorure d'hydrogène - des gaz couramment libérés par les produits de nettoyage, les engrais et la production de produits chimiques et de matériaux.


Un processus en trois étapes «emprisonne» le colorant dans le fil. Le fil est d'abord plongé dans le colorant, puis traité avec de l'acide acétique, ce qui rend la surface plus grossière et gonfle la fibre, permettant éventuellement plus d'interactions de liaison entre le colorant et la bande de roulement. Enfin, le fil est traité avec du polydiméthylsiloxane (PDMS), qui crée un joint physique flexible autour du fil et du colorant, qui repousse également l'eau et empêche le colorant de se lessiver pendant le lavage. Surtout, le PDMS est également perméable aux gaz, permettant aux analytes d'atteindre les colorants optiques.

«Les colorants que nous avons utilisés fonctionnent de différentes manières, de sorte que nous pouvons détecter des gaz avec des chimies différentes», a déclaré Sameer Sonkusale, professeur de génie électrique et informatique à la School of Engineering de l'Université Tufts et auteur correspondant de l'étude. «Mais puisque nous utilisons une méthode qui emprisonne efficacement le colorant dans le fil, plutôt que de nous fier autant à la chimie de liaison, nous avons plus de flexibilité pour utiliser des colorants avec une large gamme de chimies fonctionnelles pour détecter différents types de gaz», a-t-il déclaré. .


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L'équipe de Sonkusale a utilisé des colorants simples qui détectent les gaz aux propriétés acides ou basiques. Les colorants testés ont changé de couleur d'une manière qui est dépendante et proportionnelle à la concentration du gaz telle que mesurée à l'aide de méthodes spectroscopiques. Entre la précision d'un spectromètre et l'œil humain se trouve la possibilité d'utiliser des téléphones intelligents pour lire et quantifier les changements de couleur ou interpréter les signatures de couleur à l'aide de plusieurs fils et colorants.

«Cela nous permettrait d'étendre la détection pour mesurer de nombreux analytes à la fois, ou de distinguer les analytes avec des signatures colorimétriques uniques», a déclaré Sonkusale.

Les fils ont même travaillé sous l'eau, détectant l'existence d'ammoniac dissous.


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«Alors que le scellant PDMS est hydrophobe et empêche l'eau de pénétrer dans le fil, les gaz dissous peuvent encore atteindre le colorant à quantifier», a déclaré Rachel Owyeung, auteur principal et étudiante diplômée au département de génie chimique et biologique de Tufts. «En tant que capteurs de gaz dissous, nous imaginons des tissus intelligents détectant le dioxyde de carbone ou d'autres composés organiques volatils lors de l'exploration pétrolière et gazière comme une application possible.»

Étant donné que des lavages répétés ou une utilisation sous l'eau ne diluent pas le colorant, les fils peuvent être utilisés pour une détection quantifiable cohérente à plusieurs reprises, ont déclaré les chercheurs.

(La source: Université Tufts )

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