新型智能服：利用颜色变换监测身体和环境

在可穿戴纺织品上印刷生物活性油墨，绘制出整个人体表面的状况。为验证这种假设，研究人员希望进行动物测试前，改进他们生产“人类纺织品”的技术。若确定无疑，那么即可进入临床试验。

美国塔夫茨大学工程学院（Tufts University’s School of Engineering）研究人员开发出基于生物材料的油墨，它能对从生物体内释放出的化学物质做出反应并对其进行量化。如，通过油墨识别汗液和潜在的其他生物分泌物或周围环境的改变，将颜色在织物上反映出来。这类油墨可利用丝网技术印刷在纺织品，如衣服、鞋类，甚至面罩或其他复杂模式和高分辨率的屏幕上，提供人类反应或暴露的详细路线图。可穿戴的生物传感研发，在早先的《高级材料》期刊中也有所报道，它可同时检测和量化生物分子，而且还可利用传统的服装和制服检测出身体表面的病原体。

使用新型生物活性油墨与常见的丝网印刷方法相结合，为大规模生产带传感器的柔性可穿戴织物创造了条件，使业界获得了应用于检测的一系列的条件。按照美国塔夫茨大学工程学院弗朗克朵博（FrankC.Doble）工程教授的说法：“这类技术最终会用于特殊工作场所的制服、运动装，甚至家具和建筑结构。”

可穿戴传感设备在监测人类身体和健康方面的研究很广泛。许多这样的设备已发明出来，即将电子产品纳入可穿戴补丁、腕带以及其他监测局部或整体生理信息的配置，如心率或血糖的监控。塔夫茨小组提出，该研究需要一个不同的、完整的新方法，即非电子的，在色比检测理论上具有非常大的意义，其数据分析使其可分布到更大的服装区域，即能附在服装的任何部分，甚至可以贴附在身体上。

使传感服装成为可能的部件是生物激活的丝绸油墨。这类油墨配方中的可溶性丝基可嵌入各种“报告”分子，如pH值的敏感指标或酶，如乳酸氧化酶，以表明汗液里的乳酸水平。前者可能是皮肤健康或脱水的指标，而后者则可表明佩戴者的疲劳程度。丝素蛋白油墨的多功能丝素蛋白通过修饰它与活性分子如化学敏感染料、酶、抗体等相结合。虽然报告分子本身可能存在不稳定性，但当其嵌入墨水配方中的丝素蛋白时，它即可稳定下来。

这类油墨通过与增稠剂（海藻酸钠)和增塑剂(甘油)相结合而成的可像任何油墨一样使用，因此它不仅可以应用于服装，还可应用于其他物质表面，如木材、塑料和纸张，以产生数百微米到几十米不等的图案。油墨呈现的颜色变化可提供视觉分析，使用相机成像分析扫描服装或其他材料可收集关于量和高分辨率、亚毫米映射的精确信息。

这项技术是建立在早期研究基础上的，他们曾开发出用于喷墨打印的生物活性丝绸油墨，以制造培养皿、纸传感器和实验室手套，即通过改变颜色来查明细菌污染状况。多亏了传统的丝网印刷方法，它给最新技术的研发提供了研发灵感，即相当大的多路排列的传感器广泛覆盖的身体区域，甚至可在整个房间那么大的面积内使用。再加上图像分析，可得到高分辨率的图像颜色且反映一个大的区域，并获得更多的监控面积，甚至整体生理或环境状态。在理论上，研究人员可扩展这种方法来跟踪空气质量，或支持流行病学，或检测环境。该方法使用了常见的印刷技术，也创造性地开辟了应用道路。例如，他们利用这一技术创造出一幅美丽的挂毯，相继在美国和欧洲的博物馆展出。这类展示也是互动的，游客可在织物上喷涂不同的无毒化学物，并观察图案的变化。专家称，这确实是个很好的例子，这说明艺术和工程是在如何相互借鉴和激励。这种设计的油墨开辟了崭新的维度，而丝网印刷艺术早在1000年前就已发明出来，它为现代技术提供了非常适合的基础高分辨率，即可穿戴传感表面。

（据美国《科技日报》https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200605111234.htm近期资料）