Thông thường người ta sử dụng giấy pH (hoặc giấy quỳ) để nhanh chóng xác định chất lỏng có tính axit hay bazơ bằng cách nhúng một băng giấy vào chất lỏng và sau đó quan sát sự thay đổi màu của giấy.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm thuộc Tập đoàn Công nghệ sinh học và Hóa học Lincoln, Tập đoàn Hệ thống vi mô và Vật liệu tiên tiến đang sử dụng một kỹ thuật thay đổi màu tương tự như vậy khi phát triển một loại vải tự đọc chỉ số pH. Kỹ thuật này có thể giúp cảnh báo sự giải phóng các hóa chất nguy hiểm.
Vải cảm biến rất nhạy cảm với hơi hóa chất và có thể tự động cảnh báo cho những người đang sử dụng trước sự hiện diện của hơi hóa chất có hại. Công nghệ này có thể giúp giải quyết mối đe dọa của các hóa chất thoát ra, bao gồm cả những tai nạn lao động hoặc tấn công khủng bố.
Ông Richard Kingsborough, thành viên của đội ngũ kỹ thuật trong Tập đoàn Công nghệ sinh học và hóa học cho biết: “Chúng tôi đang gắn một thiết bị quang phổ độc đáo trên vải. Thiết bị này có thể phát hiện sự hiện diện của nhiều loại hóa chất theo thời gian thực dựa trên sự thay đổi màu sắc của hóa học thuốc nhuộm với mục tiêu tạo ra một cảm biến nhạy cảm, nhẹ, năng lượng thấp và tự vận hành, nhưng cung cấp cảnh báo kịp thời”.
Thiết bị quang phổ vải được chế tạo bằng cách nhúng một bộ phận phát (trường hợp này là một điốt phát sáng, hoặc đèn LED) vào trong sợi polycarbonate và bộ phận thu (hoặc điốt quang) trong sợi polycarbonate thứ hai. Những sợi này sau đó được dệt thành một tấm vải sao cho đèn LED được đặt bên cạnh điốt quang.
Nhà khoa học vật liệu Lauren Cantley cho biết thêm: “Có nhiều cách tích hợp các thiết bị bán dẫn trong xơ và đây cũng là phương pháp tích hợp đèn LED vào xơ, điều độc đáo là cần phải tạo ra các tính chất của vật liệu polymer mà chúng ta sử dụng. Đa phần các phương pháp khác đang sử dụng nhựa nhiệt dẻo làm lớp vỏ ngoài còn chúng tôi đang chế tạo các polyme của riêng mình để kiểm soát các tính chất hấp thụ quang của vật liệu”.
Sau khi các xơ chứa đèn LED và điốt quang được dệt thành vải, chất nền có chứa thuốc nhuộm thay đổi màu được đưa trực tiếp lên trên vải. Khi hoạt động, đèn LED chiếu ánh sáng lên lớp thuốc nhuộm và một lượng ánh sáng nhất định được phản xạ lại và được thu bởi điốt quang. Lượng ánh sáng phản xạ phụ thuộc vào màu sắc và đặc tính hấp thụ của thuốc nhuộm.
Khi thuốc nhuộm tiếp xúc với tác nhân hóa học, thuốc nhuộm sẽ đổi màu và sự thay đổi màu này sẽ làm thay đổi lượng ánh sáng phản chiếu từ vải. Ví dụ, thuốc nhuộm nhạy cảm với pH thay đổi từ màu vàng (dạng axit của thuốc nhuộm) sang màu xanh (dạng bazơ của thuốc nhuộm) có thể cảnh báo sự hiện diện của hơi amoniac, một hợp chất hóa học có tính bazơ. Sự thay đổi đó là sự giảm ánh sáng đỏ được phản chiếu bởi chất nền.
Thiết bị quang phổ vải này có ưu điểm là liên tục theo dõi môi trường xung quanh của người mặc và có thể tự đưa ra cảnh báo nếu cảm nhận được hóa chất.
Hệ thống này đã thành công trong việc phát hiện các hóa chất như amoniac và formaldehyd. Mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu là phát triển một miếng dán bằng vải 2 inch có ma trận 16 yếu tố, có thể xác định tất cả các tác nhân chiến tranh hóa học cũng như hóa chất công nghiệp độc hại.
Ông Kingsborough nói: Tôi rất vui mừng vì chúng tôi đang nghiên cứu một phương pháp mới để đưa ra cảnh báo sớm cho việc phát hiện các tác nhân hóa học.
Nghiên cứu này dựa trên những tiến bộ gần đây trong công nghệ kéo sợi và vải chức năng. Nghiên cứu này có thể thực hiện thông qua phòng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu về vải bảo vệ. Tại trung tâm, các nhân viên đã thử nghiệm đo màu – một quá trình thực hiện phân tích hóa học – thông qua phản ứng hóa học đổi màu. Trong nhiều năm chương trình này được tài trợ của hai đơn vị là Cơ quan giảm thiểu mối đe dọa quốc phòng và Vải chức năng nâng cao của Mỹ (AFFOA).
