Smarte Textilien: Forscher entwickeln Stoff-Beschichtung aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Neuartige Sensoren auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sollen Medizinern helfen, Bewegungs- und Haltungsschäden besser zu diagnostizieren. [...]

Sagar Doshi (black shirt, beard) und Erik Thostenson testen einen Elbogen-Schützer, der mit einem ihrer neuen Sensoren ausgestattet ist.
Sagar Doshi (black shirt, beard) und Erik Thostenson testen einen Elbogen-Schützer, der mit einem ihrer neuen Sensoren ausgestattet ist. (c) Kathy F. Atkinson

Entwickelt wurden die Sensoren von einem Team um Sagar Doshi, Doktorand im Institut für Mechanik an der University of Delaware. Die Sensoren werden mit einer Technik namens Elektrophoretische Abscheidung (electrophoretic deposision, EPD) als hauchdünne Schicht auf den Oberflächen von Geweben abgesondert.

Die Sensor-Schicht ist extrem dünn

Kleidungsstücke werden durch die Beschichtung praktisch nicht verändert, da diese nur 250 bis 750 Nanometer dick ist – das entspricht 0,25 bis 0,75 Prozent der Dicke eines Blatts Papier. Die komplette Schicht wiegt höchsten ein Gramm. Das Gewebe bleibt luftdurchlässig und lässt sich wie gewohnt waschen, trocknen und bügeln. Die Sensoren sind extrem fest mit dem Gewebe verbunden.

Erik Thostenson, Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften, bei dem Doshi promoviert, beschreibt die Idee so: „Der Sensorfilm ähnelt einem Färbemittel, das zusätzlich elektrische Funktionen hat.“ Der an seinem Labor entwickelte EPD-Prozess sei dabei auch für eine industrielle Beschichtung geeignet. Die Technik wurde bereits an vielen Stoffen getestet, sowohl an natürlichen wie synthetischen Geweben – einschließlich Kevlar, Wolle, Nylon, Elastan und Polyester.

Mit einem Sensor ausgestattete Schuheinlage.
Mit einem Sensor ausgestattete Schuheinlage. (c) Kathy F. Atkinson

Neues Diagnoseinstrument für Orthopäden

Eine mögliche Anwendung ist das Messen des Drucks zwischen Fuß und Unterlage, etwa dem Gehweg. In diesem Fall werden beispielsweise Einlagesohlen mit den Sensoren beschichtet. Dies könnte Orthopäden helfen, Ungleichgewichte bei der Belastung zu erkennen, wie sie nach Unfällen oft auftreten oder von Geburt an existieren. Socken mit Sensoren sind auch für Sportmediziner interessant, weil die damit erfassten Daten Aufschluss darüber geben, wie ein Athlet seine Füße belastet. So können Lauffehler erkannt und vermieden werden, die zu Verletzungen führen können.

Die Sensorentwickler arbeiten unter anderem mit Jill Higginson zusammen, Professorin für Mechanik und Direktorin des Laboratoriums für neuromuskuläre Biomechanik an der Hochschule. Ihre Aufgabe ist es, herauszufinden, ob die neuartigen Sensoren Verbesserungen gegenüber bisherigen Diagnosetechniken bringen.

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