smart textiles for well-being

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Page 1: Smart Textiles for Well-being

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2007200720072007

2009200920092009

Smart Textiles for Well-being

Gilles Marchand

LETI/DTBS/SBSC

[email protected]

Page 2: Smart Textiles for Well-being

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2007200720072007

Outlines

Uses of wearable sensors

Smart textiles roadmap

Some data about sweat

Biotex and Proetex projects

Conclusions and perspectives

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2007200720072007

Uses of wearable sensors

Security of work

Tight surveillance of a zone

Coordination of the efforts

Optimization of performances and follow-up of the health

Physiological sensors

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2007200720072007

Objectives : Integrated physiological sensors on fabrics

ECG Temperature

Breathing Activity, Fall,

Bluetooth et GPRS ……..

Wearable physicalsensors

Smart textiles roadmap

MyH

eart Leti

WE

ALT

HY

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2007200720072007

Needs of more specific sensors for increasing medical knowledges

Wearable biochemical sensors

for non invasive measurements

Smart textiles roadmap

Medical parameters may be

obtained on sweat analysis

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2007200720072007

Some data about sweat

Composition :

- Water (99%)- Electrolytes (Na+, Cl-, K+, Ca2+, Mg2+ ),- Small molecules: lactic acid (pH 3.8 et 6.5), urea, sulfites…- Hormonal peptides - Medicines- Heavy metals (Co, Hg, Mo, Sn…) and other xenobiotics (drugs…)- Proteins (albumin, Ig (A et E), prolactin, catalase…)

The sweat is an ultra-filtrate of the blood-plasma

The ecrrine sweat glands, in contact with blood capillaries, establish a filter

Good candidate for non invasive analysis

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2007200720072007

The most concentrated compounds in the sweatNa+ : 20-80mM, K+ : 4-6mM, Cl- : 30-50mM, Mg2+ : 1.5-5mM

Follow-up of the physiological state

ie : [Mg2+] modification Cramps

[K+] modification Muscular contraction and decrease of performances

[Na+] et [Cl-] modifications Dehydration

Follow-up of a pathologyie : mucovicidose( [Na+] et [Cl-] modifications), diabetes, obeses

Some data about sweat

Electrolytes ?

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2007200720072007

BIOTEX project

Bio-Sensing Textiles to Support Health Management (FP6 EU project)

Development of biochemical sensing techniques for health monitoring, and development of a flexible sensing patchintegrated in a sweat textile collector

Monitoring of body fluids on people via sensors distributed on a textile substrate and performingbiochemical measurements

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2007200720072007

BIOTEX project

Development of the Ionic Selective Electrodes (Na+, K+ and Cl-)

1/Conducting polymer

2/Selective membrane

Voltmeter with high entrance

impedance

Reference electrodeWorking

electrode

Sensitive layer (phase 2)E = RT/zxF · ln (ax/a1) = f( log (ax))Phase 1

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2007200720072007

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160

180

200

220

50 70 90 110 130 150 170 190 210time (mn)

OC

P (m

V v

s A

u)

emf (mV/Au) - log [NaCl]

-40

0

40

80

120

160

-2,1 -1,9 -1,7 -1,5 -1,3 -1,1 -0,9

log [NaCl]

emf (

mV

/Au

)

Série1

Série2

Série3

Série4

Sweat

In vitro tests

BIOTEX project

Analysis on natural sweat (collaboration with CRSSA)

Hitachi 912 Sensors

Na+ 53.8 mM 50.1 mM

K + 5.62 mM 5.09 mM

Cl- 31mM 33 mM

60mM80mM 40mM

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2007200720072007

BIOTEX project

Assembling on a sweat textile collector

Hydrophilicchannel

Hydrophilictextile

Hydrophobicarea

Absorber

FlexibleKapton

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2007200720072007

On vivo tests in labs conditions (CRSSA)

Waistbandcontaining Patch and Sensors

Data acquisition

Wireless transmitter Fourth healthy male volunteer, sodium and conductivity sensor data

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 10 20 30 40 50 60Time (min)

Pot

entia

l (V

)0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Res

ista

nce

(oh

m)

Na sensor Conductivity sensor

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80

Time (min)

Pot

enti

al (m

V)

BIOTEX project

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2007200720072007

PROETEX project

Protection e-Textiles: MicroNanoStructured fibre systems for Emergency-Disaster Wear (FP6)

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2007200720072007

PROETEX project

The monitoring of the dehydration in real timehas been identified as an user requirement. In extreme conditions, the dehydration can occur very quickly and the consequences can be :

Black-outMuscular weaknessIrritabilityComaConvulsionsDeath

In the literature, the follow-up of different parameters is described :

Internal temperatureSweat volumeConcentration of Na+ in blood

Concentration of Na+ in sweat

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2007200720072007

PROETEX project

Development of the Na+ Selective Electrodes on textile

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2007200720072007

PROETEX project

Development of the portable electronic board Drives the sensing part (ISE)

Signal processing

Deletion of absurd values Conversion of electrical measurements data into ions concentration

Communication with the module collecting all the data

Vcc

PEBSMA

PEBSMB

GND

Power BlockRS485

tranceiver

REF

ET0

ET1

ET2

θ°θ°θ°θ°

Analogblock

ADCControl

andTreatment

MSP430

COM

RP0

RP1

RP2

Low power of components

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2007200720072007

In vitro tests

PROETEX project

Linear resistance <1Ω/cm

Analysis on natural sweat (collaboration with CRSSA)

Hitachi 912 Sensors

Na+ 38.9 mM 34.8 mM

Validation of the communication with the module collecting all data via RS 485 protocol

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2007200720072007

Leti’s sensor

Final

Pictures from Smartex

On vivo tests

PROETEX project

Prototype : November 2009

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2007200720072007

2006 2009 2012 2015

BiotexBiochemical monoparametric measurementions sensor on flexible substrate

ProetexBiochemical monoparametric measurementNa+ sensor on textile

SweatBiochemical multiparametric measurements

Na+ and proteins sensors on textile

Roadmap of Leti

Dehydration application

Other applications : stress, …

Future: data fusion, closed loop, drug delivery

Physical and biochemical

multiparametric measurements

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