Bioingenieros desarrollan telaraña

El avance podría conducir a textiles inteligentes de bajo costo y energéticamente eficientes

Jun Chen/UCLA

Una ilustración que muestra un proceso inspirado en una telaraña para producir fibras conductoras.

31 de mayo de 2023

Utilizando un nuevo proceso que imita cómo las arañas tejen la seda, un equipo de bioingenieros multiinstitucionales dirigido por la UCLA ha desarrollado un proceso simple para producir fibras suaves y eléctricamente conductoras a temperatura ambiente y presión atmosférica.

En un estudio publicadocomo artículo de portada en Nature Electronics , los investigadores demostraron su técnica con un guante sensor y una mascarilla inteligente hecha con telas elásticas y duraderas. El guante puede detectar temperaturas y movimientos de la mano para que el usuario juegue un juego de computadora de “piedra, papel o tijera”, mientras que la máscara puede monitorear los patrones de respiración del individuo.

Los métodos existentes para fabricar fibras conductoras de electricidad son costosos y complejos y requieren altas temperaturas, consumo de energía, volúmenes de disolventes y equipos especializados para hilar fibras.

"Queríamos desarrollar un proceso de fabricación altamente eficiente y rentable para fibras eléctricamente conductoras que pueda ser mucho más fácil de implementar, reflejando los procesos de última generación que fabrican láminas 2D y objetos 3D conductores", dijo el coautor para correspondencia. Jun Chen, profesor asistente de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA. "Con este nuevo enfoque, podemos crear fibras blandas conductoras con alta eficiencia a bajo costo".

Las fibras están hechas de poliacrilonitrilo, un tipo de polímero sintético, e iones de plata, que proporcionan a las fibras sus propiedades eléctricamente conductoras. Luego, los ingredientes combinados se disuelven en dimetilformamida o DMF, un disolvente común utilizado en la producción de fibras sintéticas.

"Queríamos desarrollar un proceso de fabricación altamente eficiente y rentable para fibras eléctricamente conductoras que pueda ser mucho más fácil de implementar, reflejando los procesos de última generación que fabrican láminas 2D y objetos 3D conductores", dijo el coautor para correspondencia. Jun Chen.

Para ayudar al vapor de agua del aire circundante a extraer el disolvente líquido, la solución se hace girar en una placa giratoria, creando una red de moléculas de poliacrilonitrilo e iones de plata, denominada PANSIon por los investigadores. Las fibras elásticas e independientes de PANSion se pueden extraer de la placa en menos de un minuto. Esta acción es similar a cómo las arañas hacen telas al tejer proteínas líquidas en hilos de seda. Las fibras resultantes son similares al caucho en cuanto a elasticidad y son tan fuertes como la fibra de algodón.

Según los investigadores, sus fibras ofrecen una fuerte conductividad eléctrica que puede detectar la respiración, la temperatura y el tacto. Cuando se usan en textiles inteligentes, las fibras pueden tener aplicaciones energéticas, sensoriales y terapéuticas, como una máscara de estilo quirúrgico que rastrea la respiración durante la noche para alguien con apnea del sueño.

El primer autor de la investigación es Songlin Zhang, ex becario postdoctoral enGrupo de investigación de bioelectrónica portátil de Chen en UCLAquien ahora trabaja en la Universidad Nacional de Singapur.

Otros autores de UCLA son Yihao Zhou, Alberto Libanori y Xun Zhao, todos miembros actuales y anteriores del grupo de investigación de Chen. Los autores adicionales son de la Universidad Nacional de Singapur, así como de la Universidad de Nanjing y la Universidad de Jilin en China. La investigación fue respaldada por fondos iniciales de UCLA Samueli, una beca de investigación Hellman Fellows, un premio de investigación del programa de recursos pandémicos de UCLA y una beca de recuperación de investigación. del Senado Académico de UCLA. El apoyo adicional provino de la Brain & Behaviour Research Foundation y el West Coast Consortium for Technology & Innovation in Pediatrics del Children's Hospital Los Angeles.