“以前全世界都解决不好的一个问题，有望被此次成果解决。”香港理工大学智能可穿戴系统研究院院长、纺织科技讲座教授陶肖明，认为莱斯大学团队最新研发的碳纳米管线衬衫值得肯定。

图 | 碳纳米管线衬衫（来源：莱斯大学）

她告诉 DeepTech，自己几年前就了解到该碳纳米管线团团队正在做的事。

而在最近的《披荆斩棘的哥哥》节目中，哥哥们舞蹈训练强度很大，但有一位艺人穿着智能衬衫，这让他能更轻松地完成训练。可以说，智能衬衫正在逐渐走入寻常百姓家。

而此次莱斯大学团队，把碳纳米管线做成电极和信号线放置到衬衫中，它不仅能检测心率，还能连续记录用户的心电图。

在此前同类服装中，一般使用金属导线，比如不锈钢纤维、或者直接在聚酯或聚酰胺纤维上镀一层金属。此类方法存在的问题是，衣服多次出汗后，会让金属氧化进而降低导电性能。另外金属与皮肤直接接触，有可能发生敏感等。

当前，最先进的穿戴式心脏监测技术，使用的是可传导的聚合物肩带，它的厚度很大，而且必须穿在运动服下。

（来源：莱斯大学）

而本次衬衫的诞生，可实现“一鱼两吃”，不仅能防寒蔽体、还能检测健康指标，用户无需额外花钱购智能手表。

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由于碳纳米管线很柔软，可像棉线一样用机器缝制成织物，因此研究人员把导电碳纳米管线缝入运动服中，即可执行相关功能。

这些纤维采用锯齿形针脚图案，因此导线在拉伸的同时不会遭到破坏。而这些锯齿形图案也可根据衬衫、或其他面料的拉伸程度进行调整。

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不过制备出能缝进衣服的碳纳米管线，也并非一帆风顺。最初的线大约有 22 微米宽，这太窄了缝纫机根本无法处理。后来，该团队制备出一种可缝纫的线，每束有 7 根碳纳米管线，集合三束后即可编织成与普通缝纫线大致相同的尺寸。

陶肖明说，亚洲人的头发大概是直径 70 微米，此次的单根碳纳米管线只有 22 微米，因此大概只有不到头发直径的三分之一。它的导电性能很好，基本可以取代金属来做信号线。拉伸强度满足要求，可弯折。最重要的优点是电化学惰性，汗水对其不起作用。

这些纤维与金属线一样具有导电性，但可以和衣服一起进行清洗，碳纳米管具有和纺织线一样的机械行为，不会让人感觉这是一根金属线，因此穿起来没有不适感。并且，当用户做运动时，管线断裂的可能性也比较低。

反复被洗衣机清洗和拉伸之后，也不会导致信号降解，这说明该衬衫能和传统服装制造技术相结合。

该团队表示，在实验中，就收集数据来说，碳纳米管衬衫比进行实时测量的胸带监视器更好。当与商用医疗电极监测器配合使用时，碳纳米管线衬衫的心电图略好一些。

通过相关实验，测量心电图

为了显示测量心电图的信号，该团队将碳纳米管线缝在可拉伸的纺织品中，形成了可以戴在手腕上的电极。这些纺织品被绑在手腕上，以测量传感器的阻抗和心电图信号。

（来源：莱斯大学）

然后，在手臂肘窝中放置一个 3M 红点接地电极，另外放置两个 3M 红点电极，以便并排比较获得的信号。下图显示了碳纳米管线电极和商业电极的整体皮肤电极阻抗。

（来源：莱斯大学）

对比来看，增加碳纳米管线电极的尺寸变化并不会显著降低阻抗，并且碳纳米管线电极也不会对传感器性能产生负面影响。

实验中，该团队将一个碳纳米管线电极放置在手腕和前臂上，并在肘部附近放置一个商业接地电极。然后，受试者用握紧拳头抓住了他前臂的肌肉。

下图显示了碳纳米管线电极收集的肌电图，其中白色箭头表示受试者与肌肉接触，黑色箭头表示受试者放松肌肉。肌肉的激活电位与基线信号明显不同，这表明碳纳米管线电极可作为无创肌电电极。

（来源：莱斯大学）

在所有实验中，碳纳米管线电极的信噪比都与商业电极相当。将碳纳米管线电极拉伸到纺织品的最大应变（∼60%）再释放，连续 1000 次以上。重复多次后，碳纳米管线电极的信噪比没有明显降低。

在该研究中，碳纳米管线被缝在运动衬衫的胸部，以展示电子纺织品的功能。在下图中，该团队将两个碳纳米管线电极连接到一个商业心率监测器（PolarH1035）的蓝牙发射器上，该发射器能和佩戴在用户胸部的聚合物带一起工作。这时研究人员把电极缝在衬衫内侧肋骨区域周围，以便与皮肤接触。

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此外，碳纳米管线被缝在衬衫的外侧，从胸部出发的电极可连接到脖子后面。在衬衫的颈部，碳纳米管线线程连接到蓝牙发射器，蓝牙发射器在受试者跑步和行走时，均能被发送到智能手机的心率数据。

下图显示了同时对比碳纳米管线电极运动衫和商用电极从动态心电图监测器获得的心电图信号。

（来源：莱斯大学）

这些结果表明，碳纳米管线传感器和电线无缝集成到现有的系统中，此外作为电极和数据传输线，它允许传输电子设备放置在身体的任何地方，以优化用户的舒适度。

这些纤维不仅能和佩戴者的皮肤保持稳定的电接触，还可作为电极连接蓝牙发射器等电子设备，也能将数据中继到智能手机、或连接到可放在口袋里的监视器上。

潜在用途还包括人机界面等

其他潜在用途包括汽车或软机器人的人机界面，健康监测器和军装中的防弹保护。

由于具备导电性，并且能和皮肤进行良好接触，如此优秀的生物相容性，也让碳纳米管线成为可穿戴设备的天然组件。

并且，可通过直接分解的方式，从碳氢化合物中提取碳纳米管线，这一过程也可产生清洁的氢气。

目前，穿这款衬衫时必须紧贴胸部，未来研究人员将专注于使用更密集的碳纳米管线片，以便有更多的表面积与皮肤接触。

（来源：莱斯大学）

8 月 30 日相关论文以《电子服装用可清洗、可焊缝、全碳电极和信号线》（Washable, Sewable, All-Carbon Electrodes and Signal Wires for Electronic Clothing）为题发表在 Nano Letters 上。

浙江大学光电学院李强教授告诉 DeepTech，该成果的亮点是使用标准的缝纫方法，将基于碳纳米管线的电子器件（包括电极和传输线）和织物进行集成，实现柔软、可穿戴传感器，用于无创和连续的人体健康监测。相比传统的金属线，碳纳米管线不只具有很强的导电性，而且与皮肤和组织有低接触阻抗和高生物兼容性，同时具备柔软灵活特点。

事实上，最早于 2013 年，该团队引入了碳纳米管纤维，每根纤维都有数百亿个纳米管。此前，研究人员将其用于修复受损心脏的旁路，并将其用于大脑电接口、人工耳蜗、以及汽车和航空航天的天线等。

（来源：莱斯大学）

总之，碳纳米管线是可穿戴纺织品的理想选择；它柔软灵活、可机洗，并且很容易融入服装或纺织品。李强也告诉 DeepTech，可穿戴电子产品是一个前景广阔的产业，目前可穿戴电子产品（包括传感器和传输线）很难集成到织物上，因此当下主要作为织物配件存在。而此次莱斯大学团队的成果，为碳基材料用于可穿戴传感、监测和诊断器件，提供了新思路。

图 | 碳纳米管纺成纱线（来源：CSIRO on Wikimedia Commons）

此外，以往的研究表明，碳纳米管线在多个生物尺度上是无毒的，它和多种细胞都具有良好的细胞相容性，对免疫细胞或血液参数没有影响。

陶肖明告诉 DeepTeh，将来莱斯大学团队一旦攻克安全问题，就可以落地进行量产。当前的智能手表虽然可以测心率，但是测不出来准确的心电图，有些显示的心电图经过了大数据修正。另外她认为，该衬衫也可以考虑缓解运动后的疲劳。比如体育锻炼以后往往很劳累，那么让衬衫中的碳纳米管纤维对身体产生微电流刺激，还可以缓解疲劳。