Исследователи из Китая создали ткань, меняющую ткань при падении содержания кислорода в атмосфере ниже определенного уровня. Новая ткань может применяться для изготовления спецодежды, которая позволила бы шахтерам, альпинистам и космонавтам легко отслеживать содержание кислорода и принимать соответствующие меры, если его содержание в воздухе упадет до опасных пределов.

Рис. 1. Красители в ткани-хамелеоне возбуждаются
под действием ультрафиолета и излучают в видимой
области спектра, это излучение может быть зафиксировано
цифровой камерой. На рисунке показано, как меняется
окраска ткани в зависимости от содержания кислорода.
(Рисунок из J. Mater. Chem., 2011, DOI: 10.1039/c1jm14162g).

Си Чен (Xi Chen) с коллегами из Университета Сяньмынь с помощью цифровой камеры продемонстрировал, как в режиме реального времени происходит изменение окраски ткани-хамелеона в зависимости от содержания кислорода в окружающем воздухе, это изменение происходит достаточно быстро для того, чтобы быстро определить опасное для человека падение концентрации кислорода. По словам Чена, идея создать быстрый и надежный индикатор на кислород пришла к нему после ряда телевизионных сюжетов об авариях на шахтах и случаях гибели шахтеров, связанных с нехваткой кислорода.

Исследователи получили новый детектор следующим образом – они нанесли чувствительные к содержанию кислорода микрочастицы из полистирола на хлопковые нити, затем эти нити использовались для создания ткани. Для приобретения чувствительности к кислороду полимерные микрочастицы обрабатывали гидрофобный стильбеновым красителем – фоном и чувствительным к кислороду красным красителем. По словам исследователей, сложнее всего было подобрать подходящие красители, которые должны были характеризоваться следующими свойствами – гидрофобностью, фотостабильностью, низкой токсичностью (или отсутствием токсичности вообще), а также они не должны были вымываться из ткани со временем или в результате обработки.

Питер Дуглас (Peter Douglas), эксперт по кислородным сенсорам из Университета Свонси (Великобритания) отмечает, что работа Чена представляет собой хороший пример применения хемочувствительных веществ в рамках науки о материалах. Он добавляет, что хотя в самое ближайшее время вряд ли можно ожидать практического применения новой методики определения кислорода, рана или поздно она будет коммерциализирована.

Красители в ткани возбуждаются ультрафиолетовым излучением и излучают в видимой области. Поскольку и синий цвет красителя, обеспечивающего фон-сравнение и красный цвет красителя, «чувствующего» присутствие кислорода соответствуют обрабатываемым цифровой камерой каналам красного и синего цвета. Определение строится следующим – синий краситель не отвечает на содержание кислорода, интенсивность его окраски всегда остается постоянной, интенсивность окраски красного красителя падает при понижении содержания кислорода, соответственно из-за смешения двух цветов цвет ткани проходит все оттенки от синего до фиолетового.

Другие существующие колориметрические сенсоры на кислород обладают рядом проблем: для их работы требуются специальные лампы для возбуждения и оптические фильтры, ошибки определения может вызывать неоднородное распределение красителя в образце; эти сенсоры сложны в эксплуатации, отличаются невысоким уровнем люминесценции, часто при их работе могут выделяться токсичные вещества, новая же сенсорная система, по словам Чена, успешно решает все эти проблемы.