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. Les chercheurs ont démontré que les fils peuvent être lus visuellement, ou encore plus précisément par l'utilisation d'une caméra de smartphone, pour détecter les changements de couleur dus à des analytes aussi faibles que 50 parties par million. Tissé dans les vêtements, intelligent, les fils de détection de gaz pourraient fournir un matériau réutilisable, lavable, et un atout de sécurité abordable dans le domaine médical, lieu de travail, environnements militaires et de sauvetage, ils disent. L'étude, publié aujourd'hui dans la revue Rapports scientifiques , décrit la méthode de fabrication et sa capacité à s'étendre à une large gamme de colorants et à la détection de mélanges gazeux complexes.

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 avoir besoin d'une formation spécialisée, disent les chercheurs. Une telle approche pourrait rendre la technologie accessible à une main-d'œuvre générale, ou aux communautés à faibles ressources qui peuvent bénéficier des informations fournies par les textiles.

L'étude a utilisé un colorant à base de manganèse, MnTPP, rouge de méthyle, et le 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 rejetés par les produits de nettoyage, la production d'engrais et de produits chimiques et de matériaux. Un processus en trois étapes « piège » le colorant dans le fil. Le fil est d'abord trempé dans la teinture, puis traité à 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. Finalement, le fil est traité au polydiméthylsiloxane (PDMS), qui crée une flexibilité, sceau physique autour du fil et de la teinture, qui repousse également l'eau et empêche le lessivage du colorant 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, afin que nous puissions détecter des gaz avec des chimies différentes, " a déclaré Sameer Sonkusale, professeur d'ingénierie électrique et informatique à l'École d'ingénierie de l'Université Tufts, qui dirige le Nano Lab de Tufts et est l'auteur correspondant de l'étude. L'équipe de Sonkusale a utilisé des colorants simples qui détectent les gaz aux propriétés acides ou basiques. "Mais puisque nous utilisons une méthode qui piège efficacement la teinture sur le fil, plutôt que de compter autant sur 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, " il a dit.

Les colorants testés ont changé de couleur d'une manière 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 couleurs à l'aide de plusieurs fils et colorants. "Cela nous permettrait d'augmenter la détection pour mesurer de nombreux analytes à la fois, ou pour distinguer des analytes avec des signatures colorimétriques uniques, " a déclaré Sonkusale.

Les fils ont même travaillé sous l'eau, détecter l'existence d'ammoniac dissous. "Bien que le scellant PDMS soit hydrophobe et empêche l'eau de pénétrer dans le filetage, les gaz dissous peuvent encore atteindre le colorant à quantifier." a déclaré Rachel Owyeung, auteur principal et étudiant diplômé du 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 le lavage répété ou l'utilisation sous l'eau ne dilue pas le colorant, les threads sont fiables pour une détection quantifiable cohérente plusieurs fois, les chercheurs ont dit.