Textilien der Zukunft. Was kommt auf uns zu? Realität oder Sciencefiction? 09. November Empa. Applied Research. Services

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1 Textilien der Zukunft Was kommt auf uns zu? Realität oder Sciencefiction? 09. November 2013 Empa Applied Research Technology Transfer Industry Cooperations Continuing Education Reports / Expertises for Administration & other Public Bodies (Basis for Political Decisions) Services Contract Research Consulting «Trouble Shooting» Independent Expertises and Studies Education PhD Students, Postdocs Apprentices Teaching Activities ETHZ / EPFL Universities Universities of Applied Sciences (UAS) 1

2 Research groups Heat and Mass Transfer Complex physiological models Functional Membranes Materials & Systems Materials Body Simulation Systems Products Medical Textiles Technologietransfer Kontinuierliche EKG Messungen für ältere Leute Dekubituspräventives Bettuch Intelligente Bekleidungssysteme Cool-pad Technologie Intelligente Stützstrümpfe 2

3 Medizinisches Leintuch zur Dekubitusprävention Definition von Dekubitus(European Pressure Ulcer Advisory Panel, EPUAP): area of localiseddamage to the skin and underlying tissue caused by pressure, friction, shear and/or a combination of these factors. Druck / Zeit Reibung / Scherkräfte Feuchtigkeit / Temperatur Funktionsprinzip des neuartigen Bettuches Kleine Kontaktfläche und geringe Reibung Effizienter Feuchtigkeitstransport Normales Bettuch Neue Bettuch trocken Relativ geschmeidige Oberfläche Reduzierte Kontaktfläche (hydrophobe Fasern) reduzierte Reibung nass - Akkumulierter Schweiss - Schwellen und Erweichen des Gewebes Abtransport der Feuchtigkeit 3

4 Medizinisches Leintuch zur Dekubitusprävention Optimierung des Gewebemusters Kombination von verschiedenen Fasermaterialien (Polyamid und PTFE) neu PA blau / PTFE weiss 3D Oberflächenstruktur normal REM Aufnahmen Friction behaviour Normal load, N Bestimmung der Kontaktfläche Textile sample Friction force, F link to quartz load cell mmhg 4 mm Skin model Skin model Friction coefficient Reciprocating plate Neues Prototype Bettuch II Friction cycles Friction coefficient cm Hospital bed sheet (50% Hospital cotton bed / 50% sheet polyester) II Friction cycles 4

5 In vivo Reibungsmessungen In vivo Messungen zeigen reduzierte Reibung unter trockenen und nassen Bedingungen Feuchtigkeitstransport µ-ct Messungen sample position (mm) skin, outside Sample: Art. 193/16 + Art. M4511, 7.7kPa, H 2 O content (vol. %) activity 120 recovery150 time (min) Neuartiges Bettuchentfernt die Feuchtigkeit von der Bettuchoberfläche sample position (mm) skin, outside Sample: Fixleintuch 50% BW / 50% PE + Art. M4511, 7.7 kpa, H 2 O content (vol. %) activity 120 recovery 150 time (min) Normale Bettuchakkumuliert die Feuchtigkeit auf der Betttuchoberfläche Hydrophilic fiber(pa) leads to efficient water transport properties 5

6 Klinische Studien im Paraplegikerzentrum Nottwil 20 Freiwillige (Paraplegiker) Vergleich zwischen konventionellem und neuem Bettuch (jedes textil für je 5 Nächte) Analyse der physiologischen Parameter (Sacrum) jeden Morgen: (Rötung, Hydration, Elastizität, und Durchblutung) Resultate des neuen Leintuches: Kein Decubitus beobachtet Verbesserung der Hautparameter Sensorik in Textilien Intelligente Textilien 2 Möglichkeiten Textile Elektronik Intelligente fasern Communication Sensor Data processing Interconnection Powering Actuator Fraunhofer IZM TITV Greiz Luminex Intelligente Fasern E-Fibers O-Fibers A. Schwarz et al. Textile Progress

7 Polymere optische Fasern (POFs) Cladding(low refractive index) Light source Core (high refractive index) Kernmaterial: normally PMMA Ummantelung: fluorinated polymers 13 Anwendungen von Leuchttextilien Therapy Design Sensing J. Int. Mat. Sys. Struct., 2010, 21,

8 Drucksensor basierend auf POFs Measurement setup Principle 15 Atmungsmonitoring Atmungsrate Breathing signals measured on different body parts Atmungsvolumen 16 8

9 Leuchttextilien für die Pulsoximetrie Transmission Reflektion 17 CSEM Transmissionmessung mittels Leuchttextilien Monitoring von SpO2 Puls Blutdruck Light-in Light-out 18 9

10 Transmissionmessung mittels Leuchttextilien nm nm RED IR Absorption vom Sauerstoff gebundenen und vom freien Hämoglobin Bestimmung des SpO 2 (Sauerstoffsättigung) 19 Textiler Sensorpatch für Paraplegiker Humidity sensor Temperature sensor Pressure sensor Photoplethysmography sensor 20 10

11 Anwendung: Fettleibigkeit Fettleibigkeit fuehrt zu verschiedenen Gesundheitsproblemen: Ziel: Bestimmung des Kalorienbedarfs mittels - Atmungsrate -Sauerstoffgehalt des Blutes(arterielles und venöses Blut) - Herzrate -Bewegung Monitoring der Körperfunktionen 21 EKG Monitoring 1. Schritt: Flexible und textile Elektroden von Silberbeschichteten Fasern 2. Schritt: atmungsaktiver Feuchtigkeitsspender erlaubt Messung auch bei trockener Haut (z. B. ältere Leute) 22 11

12 Vision: Blutdruckmonitoring Challenges: blood pressure Basierend auf Pulswellengeschwindigkeit: Kontinuierlich, nicht verschliessend, nichtinvasiv - Start T 1 : EKG (lila) - End T 2 : photoplethysmogram(grün) T 2 T 1 J. Sola et al., Non-invasive and non-occlusive blood pressure estimationvia a chestsensor, Biomedical Engineering, IEEE Transactions Team Dr. Lukas Scherer Dr. René Rossi Marek Krehel Michel Schmid Dr. Rudolf Hufenus Benno Wüst Prof. Martin Wolf (UHZ) Prof. Gerhard Tröster (ETHZ) Damien Ferrario(CSEM) Katrin.Schoeller@empa.ch 12

13 Thank you very much for your attention 25 13