Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Kỹ thuật Tufts đã phát triển các loại mực in dựa trên vật liệu sinh học, có thể phát hiện và tính toán được lượng hóa chất được giải phóng khỏi cơ thể.

Các sản phẩm may có chức năng cảm biến đã thu hút được sự quan tâm trong việc theo dõi chất lượng sức khỏe của con người. Nhiều sản phẩm tương tự đã được phát minh kết hợp với các thiết bị điện tử trong các miếng dán , dây đeo cổ tay, bộ xử lý đưa các thông tin theo dõi sinh lý tổng quát về màn hình như nhịp tim hoặc đường huyết.

Hiện nay, nhóm nghiên cứu tại Đại học Tufts đã đưa ra một cách tiếp cận khác, tiếp cận – phi điện tử, các phân tích đo màu của một số lượng lớn các sản phẩm quần áo cảm biến có thể được phân bố, bao phủ các khu vực rất lớn – tất cả các chi tiết từ một miếng đáp đến toàn bộ sản phẩm, và hơn thế nữa.

Để thực hiện điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển các loại mực dựa trên vật liệu sinh học có khả năng phát hiện và tính toán được lượng hóa chất thoát ra khỏi cơ thể (như trong mồ hôi và các chất sinh học khác) hoặc trong môi trường xung quanh bằng cách thay đổi màu sắc. Các loại mực này có thể được in sắc nét trên vải như quần áo, giày hoặc thậm chí là khẩu trang chuyên dụng, chúng cung cấp bản đồ chi tiết về phản ứng, tiếp xúc của người dùng. Sự phát triển trong cảm biến đeo được báo cáo trong “Vật liệu tiên tiến”, có thể phát hiện và tính toán một loạt các điều kiện sinh học, phân tử và có thể là mầm bệnh trên bề mặt cơ thể bằng cách sử dụng quần áo và đồng phục thông thường.

Áo phông được in bằng mực hoạt tính sinh học nhạy với pH có thể cung cấp một bản đồ pH tương ứng trên người mặc

Theo ông Fiorenzo Omenetto (tác giả của nghiên cứu) và Giáo sư Kỹ thuật Frank C Doble tại Trường Kỹ thuật Tufts, việc sử dụng các loại mực hoạt tính sinh học mới với phương pháp in lụa rất phổ biến mở ra cơ hội đầy hứa hẹn cho việc sản xuất hàng loạt các loại vải mềm, có thể mặc được với số lượng lớn các cảm biến có thể ứng dụng để phát hiện một loạt các vấn đề.

“Những loại vải có thể may đồng phục cho nhân viên các công ty, quần áo thể thao hoặc thậm chí trên đồ nội thất và các công trình kiến ​​trúc.”

Những thành phần làm cho quần áo có thể cảm biến  là in lụa bằng mực hoạt tính sinh học. Các loại mực in lụa được thẩm thấu vào vải nền. Các thành phần mực này có thể được thay đổi bằng cách bổ sung các phân tử ‘hoạt tính’ khác nhau như các chỉ số nhạy với pH, hoặc các enzyme như lactate oxyase để phát hiện mức độ bài  tiết các chất trong mồ hôi. Thông tin ban đầu có thể là một chỉ số về sức khỏe của da hoặc mất nước, thông tin sau có thể chỉ ra mức độ mệt mỏi của người mặc. Nhiều dẫn xuất khác của mực có thể được tạo ra do protein trong sợi tơ có tính linh hoạt, bằng cách biến đổi protein với các phân tử thuốc nhuộm với hóa chất, enzyme, kháng thể và nhiều tính chất khác. Mặc dù các phân tử mực hoạt tính có thể không bền, nhưng khi được thẩm thấu vào sợi tơ chúng có thể tạo ra liên kết bền vững.

Các loại mực được chế tạo cho các ứng dụng in lụa bằng cách kết hợp với chất làm đông (sodium alginate) và chất làm dẻo (glycerol). Có thể sử dụng loại mực sinh học để in như bất kỳ loại mực nào được phát triển để in lụa, vì vậy không chỉ được dùng cho quần áo mà còn cho các bề mặt khác nhau như gỗ, nhựa và giấy để tạo ra các mẫu từ hàng trăm micron đến hàng chục mét. Mặc dù những thay đổi về màu sắc của mực có thể cung cấp một dấu hiệu trực quan cho thấy sự suất hiện hoặc không xuất hiện của chất phân tích, sử dụng phân tích hình ảnh camera quét quần áo hoặc vật liệu khác cho kết quả chính xác hơn về cả số lượng và độ sắc nét cao, ánh xạ milimet.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển công nghệ này dựa trên các công trình nghiên cứu trước đó về loại mực in lụa hoạt tính sinh học có thể phát hiện ra vi khuẩn bằng cách thay đổi màu sắc, được tạo ra để in đĩa petri, cảm biến giấy và găng tay trong phòng thí nghiệm.

Giáo sư Giusy Matzeu, trợ lý nghiên cứu y sinh kỹ thuật tại Trường Kỹ thuật Tufts và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: Phương pháp in lụa cũng giống với việc sắp xếp các cảm biến lớn, đa diện bao phủ các vùng rộng trên cơ thể khi được mặc như một bộ quần áo, hoặc thậm chí trên các bề mặt lớn như nội thất văn phòng.

Kết hợp với phân tích hình ảnh, chúng tôi có thể có được một bản đồ độ phân giải cao của các phản ứng màu trên một khu vực lớn và thể hiện rõ hơn về trạng thái sinh lý hoặc môi trường tổng thể. Về lý thuyết, chúng tôi có thể mở rộng phương pháp này để theo dõi chất lượng không khí hoặc hỗ trợ giám sát môi trường cho dịch tễ học.

Gần đây, Nghiên cứu sinh, kiến ​​trúc sư Laia Mogas-Soldevila, tại Tufts ở SilkLab của Omenetto đã tìm ra phương pháp sử dụng các kỹ thuật in phổ biến, điều này cũng mở ra hướng mới trong các ứng dụng sáng tạo. Ông Mogas-Soldevila đã tạo ra những tấm thảm được trưng bày trong các bảo tàng trên khắp Hoa Kỳ và Châu Âu. Các màn hình tương tác, cho phép khách truy cập phun các hóa chất khác nhau, không độc hại lên vải và xem các mẫu biến đổi.

Ông Mogas-Soldevila cho rằng: “Đây thực sự là một minh chứng tuyệt vời về cách nghệ thuật và kỹ thuật có thể đạt được và truyền cảm hứng cho nhau. Trong khi nghệ thuật in lụa 1.000 năm tuổi đã cung cấp một nền tảng phù hợp với nhu cầu về bề mặt cảm biến hiện đại có thể đeo được với độ phân giải cao thì việc tạo ra những loại mực in mở ra một hướng mới trong các loại thảm trang trí có bề mặt tương tác và phản ứng nhanh.

Người dịch: Phạm Thị Lụa