Инженеры из Университета Тафтса разработали чернила на основе биоматериалов, которые качественно и количественно определяют химические вещества, выделяемые из организма (например, с потом и, возможно, другими биологическими жидкостями) или находящиеся в окружающей среде. Чернила могут быть нанесены на текстиль, из которого изготавливается одежда, обувь и даже маски для лица. Из них можно выполнить сложные рисунки с высоким разрешением, обеспечивая детальную карту реакции человека или характер воздействия. Они могут одновременно обнаруживать и количественно определять широкий спектр биологических состояний, молекул и, возможно, патогенных микроорганизмов на поверхности тела.
Использование новых биологически активных чернил методом трафаретной печати открывает перспективы для массового производства мягких пригодных для носки тканей с большим количеством датчиков. Ткани могут использоваться лля пошива рабочей униформы, спортивной одежды и даже создания мебели.
Разработка, представленная группой из Тафтса, основана на неэлектронном колориметрическом обнаружении аналитов.
Биологические чернила созданы из шелка. Растворимый шелковый субстрат может быть модифицирован путем встраивания различных репортерных молекул, например, индикаторов рН или лактатоксидазы для указания уровня лактата в составе пота – первый является индикатором состояния кожи или обезвоживания, а второй может указывать на степень усталости человека.
Рисунок на футболке, напечатанный pH-чувствительными биоактивными чернилами, меняет цвет в зависимости от кислотности пота владельца. Источник: Tufts University.
Чернила могут быть модифицированы благодаря универсальности белка фиброина шелка, позволяющему дополнять их активными молекулами: химически чувствительными красителями, ферментами, антителами и многими другими. Репортерные молекулы сами по себе могут быть нестабильными, но становятся такими при хранении, будучи встроенными в фиброин.
В составе чернил есть также загуститель (альгинат натрия) и пластификатор (глицерин), которые позволяют использовать их для трафаретной печати и наносить не только на одежду, но и на различные поверхности, такие как дерево, пластмасса и бумага.
Изменение цвета рисунка из биочернил обеспечивает качественную информацию о наличии или отсутствии аналита, в то время как анализ изображений с камеры, сканирующих узоры размером от сотен микрон до десятков метров, может дать более точную информацию о его количестве.
Технология основана на более ранних работах этой же группы исследователей, они создали биоактивные шелковые чернила для струйной печати на лабораторной посуде, бумаге и перчатках, которые изменением цвета сообщали о бактериальном загрязнении.
С новыми чернилами для трафаретной печати в сочетании с анализом изображений можно получить цветовую карту реакций с высокой разрешающей способностью на большой площади и лучше понять общее состояние организма или окружающей среды. Авторы пишут, что могут модернизировать этот метод для отслеживания качества воздуха и мониторинга эпидемиологического состояния окружающей среды.
Статья G.Matzeu et al. Large Scale Patterning of Reactive Surfaces for Wearable and Environmentally Deployable Sensors опубликована в журнале Advanced Materials.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Tufts Now: New smart fabrics from bioactive inks monitor body and environment by changing color.
