工程师设计变色绷带

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压迫治疗是一种治疗静脉溃疡和静脉回流的病人的标准疗法。压迫袜和绷带紧紧包裹在受影响的肢体上,有助于刺激血液流动。但目前还没有明确的方法来衡量绷带是否适用于特定条件下的最佳压力。现在麻省理工学院的工程师们开发了压力传感光子纤维,它们被编织成一个典型的压缩绷带。绷带绷紧时,纤维会变色。使用彩色图表,看护者可以伸展绷带直到它与所需压力的颜色相匹配,比如说,包裹在病人的腿上。光子光纤可以作为一个连续的压力传感器——如果颜色改变,照料者或患者可以使用颜色图来确定绷带是否需要以及绷带需要松紧程度。麻省理工学院机械工程助理教授Mathias Kolle说:“正确治疗压力对治疗包括静脉溃疡在内的许多医学疾病至关重要,每年都会影响到美国数十万病人。”这些纤维可以提供绷带施加的压力的信息。我们可以设计它们,以便达到特定的期望压力,纤维反映出一种容易区分的颜色。”Kolle和他的同事们在《高级保健材料》杂志上发表了他们的研究成果。麻省理工学院的合著者包括第一作者Joseph Sandt、Marie Moudio和Christian Argenti,以及东京大学的J. Kenji Clark、美国空军研究实验室的James Hardin、布里格姆和妇女医院哈佛医学院的Matthew Carty和Jennifer Lew。是哈佛大学。自然灵感的光子纤维的颜色不是来自任何内在的色素沉着,而是来自他们精心设计的结构配置。每根纤维大约是人头发直径的10倍。研究人员从透明橡胶材料的超薄层中制造出纤维,然后卷起,制成果冻辊型结构。辊内的每层只有几百纳米厚。在这种卷起的结构中,光反射出各个层之间的每个界面。有足够的一致厚度的层,这些反射相互作用以增强可见光谱中的某些颜色,例如红色,同时降低其他颜色的亮度。这使得纤维呈现一定的颜色,这取决于纤维内的层的厚度。Sandt说:“结构色彩非常整洁,因为你可以通过使用透明材料的特殊排列而获得比墨水或染料更亮、更强的颜色。”“这些颜色只要结构保持不变,”纤维的设计依赖于一种称为“干涉”的光学现象,其中光从周期性的薄层透明层反射,可以产生依赖于堆栈的几何参数的振动色。仪表和材料组成。光干扰是产生油污水坑和肥皂泡中的彩色漩涡的原因。这也给孔雀和蝴蝶带来了耀眼的、变幻的色调,因为它们的羽毛和翅膀都是由类似的周期性结构制成的。Kolle说:“我一直感兴趣的是那些有趣的结构元素,它们是大自然最耀眼的光操控策略的起源,试图在有用的应用中重新创造和使用它们。”一种多层的方法:团队的方法将已知的光学设计概念与软材料结合起来,形成动态光子材料。在Joanna Aizenberg教授的哈佛大学博士后,Kolle受到了英国埃克塞特大学生物光子教授Pete Vukusic的启发,这是一种热带植物,它能产生非常闪亮的蓝莓。水果的皮肤是由具有周期性纤维素结构的细胞构成的,光通过这些细胞可以反射,从而赋予水果特有的金属蓝色。Kolle和VuuSic共同寻找将水果的光子结构转化为有用的合成材料的方法。最后,他们用可拉伸材料制成多层纤维,并假设拉伸纤维会改变各个层的厚度,使它们能够调节纤维的颜色。这些努力的成果在2013发表在《高级材料》杂志上。当Kolle在同一年加入麻省理工学院时,他和他的团队,包括桑特,改进了光子光纤的设计和制造。在它们目前的形式中,纤维是由常用的和广泛使用的透明橡胶层制成,包裹在高度可拉伸的纤维芯上。桑德用旋涂法制造每一层,一种将溶解在溶液中的橡胶倒入纺车上的技术。多余的材料从车轮上脱落,留下一层薄而均匀的涂层,涂层的厚度可以通过车轮的速度来确定。对于纤维制造,Sandt在硅片上的水溶性膜的顶部形成了这两层。然后,他把所有的三层水浸在水中溶解水溶层,使两层橡胶层漂浮在水面上。最后,他仔细地把两个透明的层绕在一个黑色的橡胶纤维上,生产出最终的彩色光子光纤。

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