Light stabilisation of photochromic dyes is seen as the most challenging part in the development of photochromic dyes. The aim of this research is to compare stabilisation methods and their effect on the lifetime of a photochromic print on textile. The vision is to create a textile UV-sensor that detects current UV light exposure in the surroundings and alarms the wearer by showing colour. The developed inks have been formulated for ink-jet printing as a novel production method with resource saving properties. UV-LED light curable ink formulations were prepared for two dye classes; a non-commercial spirooxazine, a commercial spirooxazine (Oxford Blue) and a commercial naphthopyran (Ruby Red). Two different stabilisation methods were applied; chemically by incorporation of hindered amine light stabilisers and physically by polyurethane coating. Fatigue tests were performed to evaluate and compare the stabilisation methods. The tests included were household washing, multiple activations and intensive sun-lamp exposure. As a result it was found that Oxford Blue and spirooxazine had an initial better resistance to photodegradation than Ruby Red. The coating reduced the ability of colour development in higher extend for Oxford Blue and spirooxazine compared to Ruby Red. Moreover, the photocolouration increased with the number of activations for Oxford Blue and spirooxazine in particular. In general, the physically stabilised samples showed a better or similar fatigue resistance compared to chemically stabilised samples. On the other hand the results are weak in significance. It is concluded that the developed coating method in combination with further optimising has potential.

During this project it was investigated how the newly developed piezoelectric PVDF bicomponent fibre behaved when integrated in different weave constructions. The possibility to integrate conductive yarns as outer electrode was studied in order to see if it was possible to create a fully textile piezoelectric sensors. The piezoelectric properties of the bicomponent fibre is given by the sheath material, which is a polymeric material known as poly(vinylidene fluoride) (PVDF). Today only piezoelectric film made by PVDF is commercially available, but with a flexible PVDF bicomponent fibre it improves the possibility to integrate piezoelectric material into a textile construction. In this study the PVDF bicomponent fibre was integrated in the warp direction into weave constructions, such as plain weave, twill and weft rib. All the woven bands included 60 PVDF bicomponent yarns, with 24 filaments in each bundle and the average width of the bands produced was 30 mm. Different conductive materials and fibres, acting as outer electrode, were coated or integrated together with the PVDF fibre and the behaviour of the PVDF fibres was analysed. All the woven samples went through corona poling with a voltage of 7 kV in 70 ⁰C for 3 min. The weave construction that gave highest piezoelectric output signal was twill with weft that has low tex. The twill construction gave a range amplitude of 1.5- 3.3 V when subjected to a dynamic strain of about 0.25% at 4 Hz. It was shown that different conductive materials influenced the PVDF fibre in different ways, due to the resistance of the material. It was also shown that it was possible to integrate piezoelectric bicomponent fibre into a textile construction and that a fully textile piezoelectric sensor could be produced by using conductive yarns as outer electrode. / Program: Masterutbildning i textilteknik,

In smart textiles, electrical conductivity is often required for several functions, especially contacting (electroding) and interconnecting. This thesis explores electrically conductive textile surfaces made by combining conventional textile coating methods with the intrinsically conductive polymer complex poly(3,4-ethylene dioxythiophene)-poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). PEDOT:PSS was used in textile coating formulations including polymer binder, ethylene glycol (EG) and rheology modifier. Shear viscometry was used to identify suitable viscosities of the formulations for each coating method. The coating methods were knife coating, pad coating and screen printing. The first part of the work studied the influence of composition of the coating formulation, the amount of coating and the film formation process on the surface resistivity and the surface appearance of knife-coated textiles. The electrical resistivity was largely affected by the amount of PEDOT:PSS in the coating and indicated percolation behaviour within the system. Addition of a high-boiling solvent, i.e. EG, decreased the surface resistivity with more than four orders of magnitude. Studies of tear strength and bending rigidity showed that textiles coated with formulations containing larger amounts of PEDOT:PSS and EG were softer, more ductile and stronger than those coated with formulations containing more binder. The coated textiles were found to be durable to abrasion and cyclic strain, as well as quite resilient to the harsh treatment of shear flexing. Washing increased the surface resistivity, but the samples remained conductive after five wash cycles. The second part of the work focused on using the coatings to transfer the voltage signal from piezoelectric textile fibres; the coatings were first applied using pad coating as the outer electrode on a woven sensor and then as screen-printed interconnections in a sensing glove based on stretchy, warp-knitted fabric. Sensor data from the glove was successfully used as input to a microcontroller running a robot gripper. These applications showed the viability of the concept and that the coatings could be made very flexible and integrated into the textile garment without substantial loss of the textile characteristics. The industrial feasibility of the approach was also verified through the variations of coating methods.

In this experimental study the in-lined poled piezoelectric poly(vinylidene fluoride)(PVDF) bicomponent fiber was investigated the suitability in applications within the area of textile sensors when used in a bowel stent. Today there are only piezoelectric films made of PVDF available. Compared to a film, a fiber increases the amounts of application abilities. In this study a plain weave, resembling a coordinate system was made of the piezoelectric PVDF fiber and tested on top of two different beds; one hard and one elastic made of foam. The structure was then developed into two structures; one integrated in the stents structure with a plain weave pattern and one secondary structure as a plain weave placed onto the stent. Two test methods were developed in order to resemble the bowel movements to test the two piezoelectric PVDF fiber based structures. A reliability test in a reometer was made of the fiber, giving high differences in mean values. An in vivo test was conducted in a pig where the stent was placed in the orifice of the stomach. Both structures shown response when both developed methods was used. Due to large irregularities within the piezoelectric PVDF fiber the evaluation between the two structures was not possible. The most favorable structure was the secondary structure due to the larger continuous process ability and application areas. It was also seen that the reliability of the piezoelectric PVDF fiber is low, giving a non-reliable sensor. / Program: Textilteknik

Die messtechnische Erfassung humanphysiologischer Parameter ist für die moderne Wundheilkunde, vor allem für die Diagnostik und Behandlung chronischer Wunden, von äußerster Wichtigkeit. Es werden biosensorischen Systeme benötigt, die einerseits eine ausreichende Messgenauigkeit auf-weisen müssen, andererseits in Wundverbände und Wundbandagen integriert werden können. In dieser Arbeit werden textile Sensorsysteme für die In-situ-Erfassung physiologischer Parameter entwickelt, die die Messung der Wundtemperatur, der Wundfeuchte, des pH- und Lactatwerts sowie die Konzentration neutrophiler Fängermoleküle (neutrophil extracellular traps - NET) des Wundexsudats ermöglichen. Die Auslegung und Entwicklung dieser Sensoren erfolgt gemäß medizinischen, messtechnischen und textiltechnischen Anforderungen. Die Herstellung der Sensoren erfolgt durch das Flechten, mit dem Funktions-, Elektroden- als auch Strukturmaterialien textiltechnisch zu komplexen Konstruktionen verarbeitet werden. Für die Integration einzelner, garnförmiger Sensoren werden die textilen Flächenbildungsverfahren des Stickens, des Strickens, des Webens und des Wirkens untersucht. Hierzu wird eine anforderungsgerechte Anordnung der Sensoren entwickelt, die in der geometrischen Gestalt marktüblichen Wundverbänden entspricht. Die Einzelsensoren werden anschließend elektrisch kontaktiert und mit Zuleitungen zu einem Sensorsystem verknüpft. Die Einzelsensoren werden umfangreich experimentell charakterisiert und hinsichtlich ihrer Messfähigkeit und messtechnischer Stabilität bei mechanischen Einflüssen sowie Einsetzbarkeit untersucht. Hierzu werden insbesondere die messtechnischen Empfindlichkeiten, das Hysterese-, Einschwing- und Langzeitverhalten untersucht. In den mechanischen Untersuchungen werden Querdruck-, Zug- und Biegebelastung der Einzelsensoren betrachtet. Anhand der Untersuchungen der Quereinflüsse der Sensoren untereinander sowie auch die Betrachtung der Biokompatibilität soll ein Gesamtbild der Anwendbarkeit des Systems geschaffen werden. Abschließend werden Konzepte für eine allgemeingültige Auslegung und Anwendung von Bio-Sensorsystemen entwickelt, die auch für andere Anwendungsbereiche abseits der sensorischen Untersuchung chronischer Wunden gültig sind. Mit den in dieser Arbeit entwickelten Sensoren und Sensorsystemen soll ein Beitrag zur verbesserten Echtzeit-Diagnostik sowie auch Wundbehandlung geleistet und auch aufgezeigt werden, dass eine Herstellung und Integration von komplexer Sensorik mit textiltechnischen Verfahren möglich ist. Dies erfordert die Konzeption und die technologische Umsetzung neuer Verfahren zur Herstellung von textilbasierten Wundmonitoringsensoren sowie die Fertigung von Funktionsdemonstratoren.:Vorwort und Danksagung v Kurzfassung vii Abstract ix Inhaltsverzeichnis xi Abkürzungs- und Symbolverzeichnis xiv 1 Einleitung und Problemstellung 1 2 Stand der Technik und Forschung 4 2.1 Einführung 4 2.1.1 Physiologie und Biosensorik. 4 2.1.2 Chronische Wunden 5 2.1.3 Temperatur 7 2.1.4 Feuchte 8 2.1.5 pH-Wert 9 2.1.6 Lactat 10 2.1.7 NET-Konzentration 11 2.2 Anforderungen an die physiologischen Sensoren 11 2.2.1 Medizinische Anforderungen 11 2.2.2 Messtechnische Anforderungen 13 2.2.3 Textiltechnische Anforderungen 15 2.3 Temperatursensorik 16 2.3.1 Theoretische Grundlagen 16 2.3.2 Sensorprinzipien und Messverfahren 16 2.4 Feuchtesensorik 22 2.4.1 Theoretische Grundlagen 22 2.4.2 Sensorprinzipien und Messverfahren 25 2.5 pH-Wertsensorik 29 2.5.1 Theoretische Grundlagen 29 2.5.2 Sensorprinzipien und Messverfahren 30 2.6 Lactatsensorik 34 2.6.1 Theoretische Grundlagen 34 2.6.2 Sensorprinzipien und Messverfahren 35 2.7 NET-Sensorik 38 2.7.1 Theoretische Grundlagen 38 2.7.2 Sensorprinzipien und Messverfahren 38 2.8 Textile Verfahren zur Herstellung von Biosensorik 40 2.8.1 Vorteile und Nachteile textiler Sensorik 41 2.8.2 Faserbasierte Sensorik 41 2.8.3 Garnbasierte Sensorik 42 2.8.4 Flächenbasierte Sensorik 45 2.8.5 Verfahrensauswahl 48 2.8.6 Applikations- bzw. Integrationsverfahren 48 2.9 Sensorsysteme 51 2.9.1 Kontaktierung 52 2.9.2 Signalübertragung 55 2.9.3 Datenerfassung und -auswertung 56 2.10 Zusammenfassende Betrachtung 57 3 Auslegung und Entwicklung textilbasierter Bio-Sensoren 59 3.1 Materialien 59 3.2 Methoden und Geräte 61 3.3 Technologisch-konstruktive Modifikation der Flechtmaschinentechnik zur optimierten Sensorherstellung 61 3.4 Entwicklung der Temperatursensoren 63 3.4.1 Konzeptionelle Auslegung 63 3.4.2 Konstruktive Entwicklung 66 3.4.3 Fertigungstechnische Umsetzung 69 3.5 Entwicklung der Feuchtesensoren 70 3.5.1 Konzeptionelle Auslegung 70 3.5.2 Konstruktive Entwicklung 73 3.5.3 Fertigungstechnische Umsetzung 74 3.6 Entwicklung der pH-Wertsensoren 76 3.6.1 Konzeptionelle Auslegung 76 3.6.2 Konstruktive Entwicklung 77 3.6.3 Fertigungstechnische Umsetzung 78 3.7 Entwicklung der Lactatsensoren 80 3.7.1 Konzeptionelle Auslegung 80 3.7.2 Konstruktive Entwicklung 81 3.7.3 Fertigungstechnische Umsetzung 82 3.8 Entwicklung der NET-Sensoren 89 3.8.1 Konzeptionelle Auslegung 89 3.8.2 Konstruktive Entwicklung 89 3.8.3 Fertigungstechnische Umsetzung 90 3.9 Zusammenfassende Betrachtung 90 4 Entwicklung von textilbasierten Sensorsystemen 92 4.1 Auslegung des Sensorsystems für die Anwendung im Wundverband 92 4.2 Textiltechnische Prozessoptimierung zur Applikation bzw. Integration der miniaturisierten Sensoren 94 4.2.1 TFP-Sticktechnik 94 4.2.2 Stricken 97 4.2.3 Weben 104 4.2.4 Wirken 108 4.3 Verknüpfung des Sensorsystems und Datenauswertung 111 4.3.1 Kontaktierung 111 4.3.2 Signalübertragung 113 4.3.3 Datenerfassung und -auswertung 114 4.4 Zusammenfassende Betrachtung 115 5 Experimentelle Charakterisierung 116 5.1 Temperatursensor 116 5.1.1 Messtechnische Empfindlichkeiten 116 5.1.2 Hystereseverhalten 118 5.1.3 Einschwingverhalten 118 5.1.4 Langzeitverhalten 119 5.2 Feuchtesensor 119 5.2.1 Messtechnische Empfindlichkeiten 120 5.2.2 Hystereseverhalten 121 5.2.3 Einschwingverhalten 122 5.2.4 Langzeitverhalten 123 5.2.5 Verhalten im wässrigen Milieu 123 5.3 pH-Wertsensor 124 5.3.1 Messtechnische Empfindlichkeiten 126 5.3.2 Hystereseverhalten 130 5.3.3 Einschwingverhalten 130 5.3.4 Langzeitverhalten 130 5.4 Lactatsensor 131 5.4.1 Theoretische Vorbetrachtung und Vorversuch 132 5.4.2 Messtechnische Empfindlichkeiten 134 5.4.3 Hystereseverhalten 135 5.4.4 Einschwingverhalten 136 5.4.5 Langzeitverhalten 136 5.5 NET-Sensor 137 5.6 Messtechnische Stabilität bei mechanischen Beanspruchungen 138 5.6.1 Querdruckbelastung 138 5.6.2 Zugbelastung 139 5.6.3 Biegebelastung 141 5.7 Untersuchung der Selektivität 142 5.8 Biokompatibilitätsuntersuchungen 143 5.9 Ergebnisdiskussion 145 6 Konzeptentwicklung zur allgemeingültigen Auslegung und Anwendung textilbasierter Bio-Sensorsysteme 147 6.1 Auslegungshinweise zur Herstellung der Sensoren 147 6.2 Kalibrierung, Justierung und Messwertabgleich 149 6.3 Auslegungshinweise zur textiltechnischen Integration der Sensoren und Sensornetzwerke 151 6.4 Verknüpfung und Vernetzung der Einzelsensoren 153 6.5 Multifunktionssensorik 154 6.6 Demonstratoren der Sensornetzwerke 155 7 Zusammenfassung und Ausblick 158 8 Literaturverzeichnis 162 Anhang 177 A - Herstellungsvarianten Feuchtesensor 177 B - Technikansicht gestrickte Tasche 178 C - Langzeitmessung Lactatsensor 179