نخ های هوشمند برای حفظ سلامت و تندرستی

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز،  این قطعا برای تولیدکنندگان نخ یک مزیت به شمار می رود اما در عین حال یک ریسک هم هست. در این مقاله به بعضی از نوآوری های مهم در این رابطه می پردازیم و خط سیر آن ها در کوتاه مدت و میان مدت و همچنین فرصت ها و چالش هایشان بررسی می کنیم. در پایان نیز نگاهی خواهیم داشت به فرصت ها و چالش های کلی.

چشم انداز در حال تغییر تحقیق و توسعه

در روزهای اولیه ظهور مواد اولیه هوشمند یعنی دهه 90 ، فناوری های این مواد مورد پذیرش نبوده اند. این موضوعی بی پایه و اساس نیست چون هرکسی که تی شرت های ترموکرومیک را که با صدای بلند عرق زیربغل را اعلام می کردند به خاطر بیاورد، آن را شهادت می دهد! در شلوغی های درخواست ثبت اختراع گاهی به این واقعیت توجهی نمی شد که ایده ثبت شده چطور در مقیاس انبوه قابل تولید است.

بی شک این موضوع عملکرد اولیه فرایند ثبت به شمار نمی آید اما یکی از دلایلی است که باعث می شود تا اختراعی امکان تجاری سازی نداشته باشد. این شیوه در حال تغییر است و می توان آن را نه تنها در ثبت اختراعات بلکه در مقالات تحقیقاتی دانشگاهی و درخواست های تامین مالی نیز مشاهده کرد. نخ هوشمند مورد استفاده در بخش سلامت و تندرستی چه به عنوان محرکی برای این جریان باشد و چه این جریان باعث حرکت آن شده باشد، بی شک از نظر ویژگی ها، ابزار تولید، مصرف و پتانسیل آینده دارای جزییات و شرح و تفصیل بیشتری است.

موسسات تحقیقاتی نقش مهمی در زمینه نخ ها و الیاف هوشمند ایفا می کنند. این موسسات به منزله پلی بین تحقیق صرف و تولیدکننده به شمار می روند که توجه ویژه ای به تجاری سازی فناوری ها از همان مراحل ابتدایی دارند. امکانات این موسسات شامل آزمایشگاه های تحقیقاتی استاندارد می باشد اما آن ها اغلب دارای مجموعه ای از قابلیت ها هستند نظیر امکانات تست کردن، آشنایی با استانداردهای محلی و جهانی، تولید نمونه سازی برای بررسی نخ و کل فرایند تولید از نظر مقیاس پذیری و شبکه ای از تولیدکنندگان در طول زنجیره ارزش. موسسه تحقیقاتی الیاف و نساجی آلمان(DITF) و آزمایشگاه های فدرال علوم مواد و فناوری سوییس(Empa) مثال هایی از این موسسات هستند.

محققان در موسسه تحقیقاتی الیاف و نساجی آلمان موفق به توسعه نخی شده اند که دارای قابلیت سنسور خازنی و تنظیم حساسیت در نقاط مختلف نخ می باشد. این نخ برای استفاده در کاپشن های آتش نشانی یا لباس های نوزادان مناسب است چون اطلاعات دقیق تری را از محلی که در آن قرار گرفته ارایه می دهد. این نخ از پیچیدن سیم های ظریف رسانا به دور یک نخ معمولی تهیه می شود. به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، در این حالت خصوصیات مکانیکی نخ معمولی اساسا تغییری نخواهد کرد و سیم های ظریف نیز مجبور به تحمل هیچ باری در منسوج تکمیل شده نمی باشند. چنین نخ هایی را می توان در فرایندهای تولید استاندارد مورد پردازش قرار داد بدون این که در بهره وری خدشه ای ایجاد شود.

در فرایند فوق می توان تقریبا از هر نخی و از هر ماده اولیه ای برای سیم استفاده کرد. ساختارهای پارچه ای با قابلیت سنسور خازنی و مقاومتی را می توان با این روش ایجاد کرد و از آن برای ثبت طیف گسترده ای از متغیرهای قابل اندازه گیری استفاده نمود. استفاده از ساختارهای با قابلیت سنسور خازنی در مقایسه با تماس الکتریکی که تنها در یک نقطه برقرار می شود دارای مزایای زیادی است. هدف از این پروژه تحقیقاتی ایجاد مناطقی با حساسیت های متفاوت در طول یک نخ است. با این روش نه تنها می توان بررسی کرد که نخ لمس شده یا نه بلکه می توان تشخیص داد در کدام قسمت این لمس اتفاق افتاده است. به همین دلیل پارامترهای پیچیدن به تناوب تغییر می کند. نیازهای این روش مشخص است و فرایندهای پوشش دهی شناخته شده به نحوی با یکدیگر ترکیب و اصلاح می شوند که خواص مطلوب نخ را بتوان در نقاط مختلف به صورت متفاوت تنظیم کرد.

موسسه امپا با این منطق که با ذوب ریسی دوجزیی می توان عملکردهای متعددی را در یک لیف ایجاد کرد اقدام به توسعه فیلامنت های ذوب ریسی با هسته مایع کرده است. آن ها سه بخش کاربردی بالقوه را برای این فیلامنت ها پیش بینی می کنند: سنسورهای تنش و کرنش از راه دور، المنت های میکروهیدرولیک درون یک فضای بسیار محدود و الیافی که بوی خوش از خود متصاعد می کنند. بنا بر گزارش موسسه، نخستین آزمایش های انجام شده برای تولید در مقیاس صنعتی بسیار امیدوارکننده بوده است.

از قدیم فرایند پر کردن الیاف هالو یا میان تهی با یک مایع وجود داشته که با حرکت به سمت افزایش طول فیلامنت ها این جریان هر روز آهسته تر و غیراقتصادی تر شده است. محققان موسسه امپا روش دیگری را انتخاب کرده اند که در آن پلیمر از یک اکسترودر تک مارپیچه با پمپ دنده ای خارج می شود و در طول فرایند تولید یک پمپ سرنگ فشار قوی بلافاصله مایع را درون هسته تزریق می کند. این فرایند به آن چه در صنایع غذایی انجام می شود شبیه است. مایعات موجود در هسته فیلامنت های مصنوعی این قابلیت را دارند تا بدون این که تاثیری بر خواص مکانیکی، قابلیت رنگرزی و قابلیت شستشو داشته باشند، سطح تازه ای از کیفیت را ایجاد نمایند.

امپا روشی را پیشنهاد داده است که نتایج امیدوارکننده ای از نظر ویژگی هایی مربوط به میرایی، کندکنندگی شعله، معطر بودن و حس کنندگی دارد. رودولف هافنس، مدیر تحقیق و توسعه موسسه امپا می گوید: "ما انواع روش ها را در رابطه با الیاف پلیمری با قابلیت رسانایی نوری امتحان کرده ایم اما حتی با وجود بهترین هسته های الیاف جامد هرگز نخواهیم توانست به قابلیت ارتجاعی که در الیاف پرشده با مایع سراغ داریم، دست پیدا کنیم." ترکیب ویژه خواص نوری و مکانیکی می تواند بازارهای جدیدی را برای الیاف دوجزیی امپا به وجود بیاورد.

از هفت سال پیش تا کنون ماشینی در آزمایشگاه الیاف پیشرفته واقع در شهر سنت گالن سوییس وجود دارد که قادر به تولید الیافی با طول کیلومتر و پر شده با مایع می باشد. در واقع امپا با در اختیار داشتن چنین تخصصی یک پیشرو در جهان به شمار می رود. هافنس می گوید: "الیاف دو جزیی با هسته جامد از حدود پنجاه سال پیش وجود داشته اند اما تولید الیاف مداوم با هسته مایع به مراتب پیچیده تر است. همه چیز باید در حد عالی و بدون نقص باشد."

این الیاف بسیار کشسان بوده و میزان کش آمدن آن ها قابل اندازه گیری است. هافنس و گروهش مقدار اندکی رنگ فلورسنت را به گلیسیرین اضافه کردند و خواص نوری الیاف درخشان به دست آمده را در طول فرایند کشش مورد بررسی قرار دادند. نتیجه این بود که زمانی که الیاف کش می آید، مسیر عبور نور طولانی تر می شود اما تعداد ملکول های رنگزای موجود در الیاف ثابت باقی می ماند. این باعث می شود رنگ نور منتشر شده کمی تغییر کند که این با استفاده از اجزای الکترونیکی مناسب قابل اندازه گیری است. بنابراین الیاف پرشده با مایع می تواند تغییرات طولی یا کششی ایجاد شده را نشان دهد.

خالص سازی و گسترش قابلیت های الیاف هوشمند

یکی از ترندهای اصلی نخ های هوشمند در نمایشگاه امسال تک تکستیل در فرانکفورت سطح خالص سازی و گسترش قابلیت های این نخ ها به ویژه در بخش سلامت و تندرستی بوده است. در حال حاضر نخ Circuitex  تولید کمپانی نوبل بایومتریالز یکی از موفق ترین نخ های هوشمند است که از 9/99 درصد نقره خالص که به طور دایمی به سطح نایلون یا سایر پلیمرهای غیررسانا متصل است، تشکیل می شود. نتیجه یک منطقه سطحی حاوی نقره خالص می باشد که باعث ایجاد نرمی، کاهش وزن و انعطاف پذیری می شود و به کارگیری آن در پارچه برای تشخیص، بررسی و انتقال داده ها به لباس یا محصول مورد نظر ساده و راحت خواهد بود.

برای استفاده پزشکی از این نخ  می توان آن را درون لباس های تشخیصی هوشمند به صورت تاری پودی یا کشباف قرار داد و از آن برای حس کردن سیگنال های الکتروفیزیولوژیک و ارسال آن ها به یک متخصص یا اپلیکیشن تجزیه و تحلیل داده ها کمک گرفت. نخ سیرکوتکس را می توان در پوشاک مخصوص سلامتی و تندرستی برای جمع آوری داده ها، تحویل محرک ها، ذخیره انرژی، کنترل دما و غیره در فرد مصرف کننده مورد استفاده قرار داد. از این نخ می توان برای حس کردن و انتقال سیگنال های الکتروفیزیولوژیک مانند الکتروانسفالوگراف(EEG)، الکتروکاردیوگرام(ECG) و پلی سومنوگرافی(PSG) استفاده کرد. این نخ ها از نقطه نظر نظارت بیومتریک به تشخیص و انتقال اطلاعات مربوط به الگوهای خواب و توزیع وزن کمک می کنند و می توانند به متخصصان سلامت در مورد نقاط گرم بدن بیمارانی که در رختخواب یا صندلی چرخدار هستند، هشدار دهند.

عفونت های مرتبط با مراقبت های بهداشتی(HAIs) یکی از مهم ترین چالش های جهانی است چون عفونت ها هر ساله باعث شمار زیادی از مرگ و میر در جهان می شوند. کمپانی نوبل بایومتریالز با استفاده از فناوری Ionic+ خود الیاف و نخ های ضدمیکروب تولید می کند. این الیاف و نخ ها با آزاد کردن یون های نقره بر روی سطوح نرم به جنگ میکروب ها می روند. وجود رطوبت برای مثال بخار رطوبتی که به طور طبیعی از پوست بدن متصاعد می شود باعث فعال شدن یون های آزاد شده می گردد و مانع از حضور میکروب ها بر روی سطح محصول و از بین بردن آن ها می شود.

نوبل بایومتریالز ارایه دهنده سه سطح از عملکرد در نمونه اولیه محصولات خود است از مصرف کننده تا مراقبت های بهداشتی و مراقبت از زخم. از فناوری ضدمیکروبی Ionic+ در بخش مراقبت های بهداشتی و برای جلوگیری از رشد میکروب ها شامل ویروس ها و باکتری های مقاوم در برابر دارو بر روی سطح پارچه و ایجاد عملکرد ضدمیکروبی استفاده می شود. نقره می تواند با مدیریت آلودگی های میکروبی سطحی به آماده سازی زخم برای بسته شدن کمک کند و در بخش مراقبت از زخم موثر باشد. در فناوری Ionic+ در مدیریت عفونت و التیام بخشی از فناوری ضدمیکروبی بر پایه نقره که برای مراقبت های بهداشتی حیاتی نظیر مراقبت پیشرفته از زخم به کار گرفته می شود، استفاده می شود.

نوبل بایومتریالز در حال حاضر چندین تاییدیه از اداره غذا و دارو برای مراقبت پیشرفته از زخم و پانسمان های مخصوص سوختگی دریافت کرده است. در این محصولات یون های مثبت نقره به صورت مداوم آزاد می شوند تا تطبیق پذیر باشد و طیف گسترده ای را پوشش دهی کند. در این صورت پانسمان ها برای زخم هایی نظیر سوختگی هایی سطحی، بریدگی، پیوندهای پوستی، محل برداشت پوست، پارگی، خراشیدگی و غیره مناسب است.

اخلال کننده

در آینده رقابت در بازار نخ های مورد استفاده در بخش سلامت و تندرستی احتمالا خارج از صنعت الیاف خواهد بود. در حال حاضر فناوری چاپ سه بعدی به حوزه هایی وارد شده است که تا چند سال پیش تصور آن هم ممکن نبود. این فناوری احتمالا بزرگ ترین چالش های بازار را برای صنعت نخ در زمینه کاربردهای با ارزش بالا نظیر پزشکی، سلامت و تندرستی ایجاد خواهد کرد.

محققان دانشگاه علم و فناوری پوهانگ و موسسه علوم و فناوری اولسان در کره جنوبی در زمینه توسعه پچ(وصله) حس کننده پوشیدنی با ضخامت کمتر از موی انسان و قابلیت اندازه گیری سیگنال های موج پالسی با استفاده از فناوری چاپ جوهرافشان به پیشرفت هایی دست پیدا کرده اند.

اهمیت موج پالسی به عنوان یک سیگنال زیستی این است که نشان دهنده سلامت قلب و عروق بوده و برای تشخیص مواردی نظیر فشار خون بالا و تصلب شرایین مورد استفاده قرار می گیرد. در این مورد نیز مشابه تمام ابزار پزشکی پوشیدنی راحتی کاربر از اهمیت زیادی برخوردار است. در ابزار قدیمی اندازه گیری موج پالسی شخص باید یک دستبند اندازه گیری فشار خون یا یک سنسور انبر شکل سفت را که قابلیت لمس پوست را تقلید می کرد، می پوشید.

پروفسور سانگ-مین پارک از دانشگاه علم و فناوری پوهانگ می گوید: "فناوری تازه توسعه یافته این امکان را فراهم می کند تا بتوان تشخیص بیماری را که معمولا در بیمارستان انجام می شود، در خانه انجام داد. از این فناوری می توان در موارد پزشکی نظیر تشخیص زودهنگام بیماری های قلبی عروقی یا تزریق های کاتتر شریانی استفاده کرد." این ابزار حاوی صد پیکسل حس کننده است که برای ایجاد یک نقشه فشار دو بعدی بر روی مچ دست مورد استفاده قرار می گیرند. پچ های حسگر بسته به سن، جنسیت و سایز بدن دارای اندازه های مختلف و دارای یک طراحی سفارشی هستند.

در حال حاضر چشم صنعت قطعات الکترونیکی انعطاف پذیر(FHE) به بازار پزشکی دوخته شده است. در دسامبر 2021 کلاوس هکر، مدیر عامل انجمن قطعات الکترونیک ارگانیک و چاپی(OE-A) در مصاحبه ای گفت که پاندمی کووید-19 باعث شد تا علاقه به ابزار پزشکی نظیر پچ های هوشمند برای کنترل پارامترهای حیاتی بیشتر شود. زمان زیادی است که بین دو صنعت صنایع نساجی و FHE  تمایل دوجانبه به همکاری وجود دارد. به نظر می رسد اکنو زمان مناسبی برای همکاری رسمی بین این دو صنعت باشد.