RESEARCH FORUM 2014 ŠTRUKTURÁLNA POMOC EÚ PRE VÝSKUM A INOVÁCIE – EFEKTY, PRÍLEŽITOSTI A RIZIKÁ

1. RESEARCH FORUM 2014 ŠTRUKTURÁLNA POMOC EÚ PRE VÝSKUM A INOVÁCIE – EFEKTY, PRÍLEŽITOSTI A RIZIKÁ VYSOKÉ TATRY, 9.-11.apríl 2014 NANOTECHNOLÓGIE V TEXTILE A VÝSKUM INTELIGENTNÝCH ODEVOV Ing. Jozef Šesták, CSc., Ing. Ľudmila Balogová VÚTCH-CHEMITEX, spol. s r.o., Žilina

2. Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku / Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Termín riešenia: 01/2011 – 12/2014 Koordinátor projektu: VÚTCH-CHEMITEX, spol. s r. o., Žilina Spoluriešiteľ: Elektrotechnická fakulta, Žilinská univerzita v Žiline Katedra telekomunikácií a mutimédií Katedra teoretickej elektrotechniky a biomedicínskeho inžinierstva, Názov projektu: Výskum technológií a výrobkov pre Inteligentné a TECHnickéTEXtílie (VY-INTECH-TEX) 2

3. Charakteristika predmetu projektu: Aktivita 1.1:Výskum prípravy a aplikácie špeciálnych nanosólov využitím nízkoteplotnej plazmy pre úpravu textílií. Aktivita 1.2: Výskum aplikácie nízkoteplotnej plazmy pre zvýšenie úžitkových vlastností technických textílií. Aktivita 1.3: Výskum v oblasti textilnej humánnej ekológie a životného cyklu výrobkov. Aktivita 2.1:Výskum prípravy inteligentných textílií.

4. Aktivita 1.1 „Výskum prípravy a aplikácie špeciálnych nanosólov využitím nízkoteplotnej plazmy pre úpravu textílií.“ Ciele: • výskumné overenie prípravy elektrovodivých, hydrofilných a antimikrobiálnych nanosólov s využitím organosilánov a aditivovanýchnanočastíc, • výskumné overenie vplyvu nízkoteplotnej plazmy na predúpravu povrchu textílií pred jeho nanoštrukturalizáciounanosólmi, • aplikácia výskumne pripravených nanosólov za účelom zmeny povrchových vlastností textílií: elektrických vlastností, hydrofilných vlastností a zvýšenia odolnosti voči baktériám,

5. Sól-gél technika Alkoxidová metóda Hydrolýza / kohydrolýza alkoxidov a alkoxysilánov Príprava nanosólového zošľachťovacieho roztoku Sól / alkosól Aditivovanie nanoaditívom Funkčný sól Nános sólu na textíliu Impregnácia / záter Tvorba funkčnej vrstvy na povrchu textílie Horúci vzduch / UV / katalyticky Xerogél (polykondenzácia – zosietenie) Funkčná nanoštruktúra na povrchu textílie vytvorená anorganicko–organickým komplexom

6. Porovnanie vplyvu CNT nanotrubíc (obr. hore) a elektrovodivéhoaditíva(mikročastice) , (obr.dole) na zmenu povrchového elektrického odporu textílií.

7. Makroštruktúra povrchu PES/bavlna textílie po aplikácii elektrovodivéhonanosólu s podielom elektrovodivých sadzí. Makroštruktúra povrchu 100 % bavlnenej textílie upravenej elektrovodivýmnanosólom s podielom elektrovodivých sadzí

8. Porovnanie hodnoty vzlínavosti na PES textílii predupravenej plazmou, upravenej HFIL nanosólom a po údržbe praním. Hodnota vzlínavosti (mm) Čas nasiakania kvapaliny (s) plazmovaná PES textília, upravená,nepraná PES textília, upravená HFIL, po praní PES textília, upravená HFIL, pred praním plazmovaná PES textília, upravená, po praní

9. SEM snímky PES vlákna neupraveného (vľavo) a upraveného hydrofilnýmnanosólom(vpravo a dole).

10. Aktivita 2.1 „Výskum prípravy inteligentných textílií.“ Ciele: • výskumné overenie technológie prípravy zmesných priadzí, na báze štandardných a špeciálnych elektrovodivých vlákien, za účelom ich využitia pri príprave inteligentných textilných senzorov, • výskum technológie prípravy textilných senzorov na báze elektrovodivých priadzí a ich implementácia do inteligentných odevov • príprava funkčných vzoriek inteligentných odevov so zabudovanými mikroelektronickými prvkami, komunikačným rozhraním a terminálom s používateľským rozhraním pre interpretáciou nameraných biodát, • návrh technológie prípravy inteligentného odevu a overenie jeho využitia v systéme prenosu biomedicínskych dát.

11. Multidisciplinárny výskum Komunikačné technológie Telemedicína Textilné materiály • špeciálne vlákna • elektricky vodivé priadze • textilné senzory • mikrosystémy • bezdrôtová mobilná komunikácia • spracovanie informácií • monitoring fyziologických funkcií a zdravotného stavu človeka Progresívne inteligentné biomedicínske odevy, „smart“ materiály , „inteligentné“ textílie (elektronické textílie, e-textílie)

12. Mobilné monitorovanie fyziologických funkcií človeka pomocou inteligentných odevov umožňuje: • snímať (monitorovať) • zaznamenávať • spracovávať • prenášať • namerané životné fyziologicko-funkčné signály. • Základné fyziologicko-funkčné signály: • aktivita svalstva (dýchanie), • aktivita srdca (elektrokardiogram - EKG), • aktivita nervového systému (elektroencefalogram - EEG), • telesná teplota, • a ďalšie impulzy.

13. Prototyp inteligentného odevu • LED zobrazovacia jednotka stavu pacienta • Napájacie a dátové vodiče LED zobrazovacej jednotky • Senzor dýchania (spirometer) • Napájacie a dátové vodiče senzora dýchania • Spoločná elektr. uzemnenia • Senzor snímania teploty • Napájacie a dátové vodiče senzora teploty • 8L/8R senzory kapacitného snímania EKG • Napájacie a dátové vodiče senzora EKG • Kontaktné pole textil-kov (pripojenie senzorov a zobrazovacej jednotky k riadiacej elektronike Zadný diel: Predný diel:

14. Elektrická vodivosť – základné kritérium funkčnosti inteligentného odevu Na výrobu textilných senzorov, dátových a napájacích káblov sa používajú špeciálne typy priadzí, ktoré vo svojej konštrukcii obsahujú vlákna s vysokou elektrickou vodivosťouktoré znižujú elektrický odpor na rozhraní pokožka – elektróda: • kovové vlákna: napr. vlákna z nehrdzavejúcej ocele, medené vlákna, ... • pokovované vlákna: napr. postriebrené polyamidové vlákna, ... • vlákna obsahujúce dispergované fázy vodivých materiálov napr. uhlíka, ...

15. Technológia prípravy zmesných elektrovodivých priadzí na báze štandardných a špeciálnych elektrovodivých vlákien Technológia výroby zmesných priadzí: - príprava dvoj-, troj-, viaczložkových zmesných priadzí technológiou zosúkavania štandardných (ba, PP, PES, PA, Lycra) a špeciálnych elektrovodivých vlákien/priadzí do jednej elektricky vodivej zmesnej priadze. • dosiahnutý elektrický odpor vyvinutých zmesnýchelektrovodivých priadzí : 130-270  • (v závislosti od typu priadze a počtu vodivých vlákien v priadzi) Použité strojné zariadenie: Multifunkčné zosúkavacie zariadenie DirecTwist 2B

16. Etapa 02 Podetapa 2.3 Príprava textilných senzorov • overenie spracovateľnosti elektrovodivých priadzí do sortimentu hladkých jednolícnych záťažných hadicových pletenín a krytých jednolícnych záťažných hadicových pletenín, • príprava rôznych typov a veľkostí textilných senzorov technológiou šitia, • elektrický odpor textilných senzorov:  1  dosiahnutý v závislosti od počtu vodivých vlákien, typu textilného senzora a smeru merania elektrického odporu.

17. Etapa 02 Podetapa 2.3 Snímanie EKG signálu pomocou textilných senzorov - z povrchu pôvodnej aktívnej elektródy na meranie EKG signálu bola odstránená vrstva medi (Cu), ktorá bola nahradená textilným senzorom (obrázok 1), - textilný senzor bol s elektronickou časťou prepojený pomocou elektrovodivej priadze (obrázok 2). Obr. 2: Doska plošných spojov - prepojenie textilného senzora (líc) s elektronikou (rub). Obr. 1: Aktívna elektróda s Cu vrstvou (vľavo) a textilným senzorom (vpravo)

18. Etapa 02 Podetapa 2.3 Vyhodnotenie EKG signálu snímaného textilným senzorom Nahradením medenej vrstvy aktívnej elektródy textilným senzorom je možné získať EKG signál vyhovujúcej kvality a teda použitý textilný senzor vykazuje požadované funkčné vlastnosti. Obr. 3: Nameraný EKG signál (signál hore) pomocou aktívnej elektródy s textilným senzorom.

19. Záver: Rozvoj aplikácie nanotechnológií je v súčasnosti high-tech trendom vo svete. Naše priebežné výsledky potvrdzujú, že prostredníctvom nanoštrukturalizácie povrchu textílií, je možné dosiahnuť zásadnú zmenu ich funkčných a úžitkových vlastností. Z hľadiska environmentálneho je veľkým prínosom využitie sól-gél techniky pre prípravu nanosólov na báze anorganických zlúčenín, organosilánov, oproti v súčasnosti používaným organickým zlúčeninám často ohrozujúcim zdravie človeka. Systémy e-zdravotníctva určené pre monitoring zdravotného stavu, prioritne starších ľudí, predstavujú v súčasnej dobe aj v budúcnosti technológie s vysokým potenciálom. Demografické prognózy predpokladajú nárast počtu obyvateľov na Zemi, vo veku nad 60 rokov, do roku 2050 na viac ako 2 miliardy ľudí. Využitie inteligentných textílií v zdravotníctve umožňuje zlepšenie podmienok monitorovania pacientov najmä s chronickým chorobami a umožňuje znížiť náklady na zdravotnú starostlivosť o týchto pacientov. Inteligentné textílie a odevy sú jednou z priorít výskumu a vývoja 21. storočia v oblasti zdravotníctva, komunikačných technológií a textilného a odevného priemyslu.

20. Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Ďakujeme za pozornosť jozef.sestak@vutch.sk balogova@vutch.sk ACKONOWLEDGEMENT This contribution was worked out in the frame of solution of the project „Research of technologies and products for smart and technical textiles (VY-INTECH-TEX), ITMS code 26220220134 with financial support of the European Regional Development Fund (ERDF) and Ministry of Education, Science, Research and Sport of the Slovak Republic on the base of contract No. 137/2010/2.2/OPVaV.