"Jaket Yang 'Ramping' Apabila Anda Berpeluh": Selulosa Bakteria Mengajar Pakaian untuk Mengawal Haba Sendiri

Science Advances menggambarkan fabrik hangat "pintar", yang isinya diperbuat daripada selulosa bakteria semulajadi, yang bertindak balas terhadap peluh: apabila ia lembap di sekeliling badan, bahan itu secara automatik menjadi lebih nipis, dan apabila ia kering, ia sekali lagi mendapat "bengkak" dan mengekalkan haba. Dalam prototaip, ketebalan berubah daripada kira-kira 13 mm (kering) kepada 2 mm (lembap), dan idea umum adalah untuk memanjangkan masa keselesaan terma tanpa elektronik dan bateri.

Latar belakang

Apa yang anda pernah cuba sebelum ini:

1. Bahan perubahan fasa (PCM) dalam mikrokapsul "menelan" haba semasa mencair dan melepaskannya semasa penghabluran, tetapi beroperasi dalam tetingkap suhu yang sempit dan bertindak balas dengan buruk kepada peluh sebenar.
2. Fabrik berseri berasaskan polietilena nanoporous (nanoPE) membenarkan sinaran IR haba badan melaluinya, memberikan "penyejukan sinaran" pasif, tetapi ini pada asasnya adalah saluran untuk penyingkiran, dan bukan "pengawalseliaan sendiri penebat" semasa berpeluh.
3. Penggerak kelembapan/fabrik higromorfik berubah bentuk/liang apabila kelembapan meningkat, mengembangkan "zon selesa" tanpa wayar - arahnya semakin matang dengan cepat.

• Masalah yang fabrik "pintar" selesaikan. Keselesaan terma pakaian runtuh apabila aktiviti berubah dengan cepat: terlalu panas dan berpeluh semasa usaha, hipotermia akibat lapisan lembap apabila berhenti. Oleh itu, tekstil terma/lembapan adaptif telah berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini, yang melaraskan pertukaran haba tanpa bateri dan elektronik yang kompleks. Ulasan menekankan vektor utama - pengurusan dinamik haba dan kelembapan pada tahap lapisan gentian/fabrik.
• Mengapa kelembapan/peluh adalah "trigger" terbaik. Peluh adalah penanda cepat utama terlalu panas: sebaik sahaja kelembapan tempatan meningkat, sistem perlu mengurangkan rintangan haba (kurang "bengkak"/ruang udara) dan meningkatkan penyejatan; apabila ia kering, kembalikan penebat. Oleh itu idea bahan yang bertindak balas secara automatik kepada kelembapan, bukan kepada suhu luaran. Ini menjimatkan tenaga dan mengelakkan elektronik yang besar.
• Apakah selulosa bakteria dan mengapa ia menjanjikan? BC ialah biopolimer yang "ditanam" oleh bakteria asid asetik ( Komagataeibacter ): ia membentuk rangkaian nanofibrillar dengan kapasiti air yang tinggi, kekuatan, kebolehtelapan udara dan biokompatibiliti. Dalam sains tekstil/bahan, BC dihargai kerana kepekaannya terhadap kelembapan dan pengeluaran mampan daripada bahan mentah boleh diperbaharui.
• Jurang saintifik yang ditutup oleh artikel baharu. Kebanyakan penyelesaian pasif sama ada mengeluarkan haba (radiatif) atau menampannya (PCM), dengan lemah memandangkan kelembapan itu sendiri harus "menukar" penebat. Karya dalam Science Advances menggunakan lapisan BC sebagai "jantung" pakaian hangat, yang menipis dengan peluh (kurang udara → kurang penebat) dan meluruskan semula apabila kering - iaitu, ia membina penebat haba yang mengawal selia sendiri berdasarkan kelembapan badan.
• Konteks medan: di manakah ini sesuai? Aliran ini adalah ke arah sistem pasif, bio dan polimer yang mengembangkan "tingkap keselesaan" tanpa tenaga pengguna. Di sebelahnya ialah: penggerak higromorfik generasi baharu (menunjukkan pengembangan zon selesa yang ketara) dan penyejukan radiasi berasaskan selulosa/bio — BC sangat sesuai dengan cabang pengurusan haba peribadi "hijau" ini.
• Implikasi praktikal untuk industri: Jika "ketebalan" terkawal kelembapan penebat BC disahkan dalam ujian boleh pakai (basuh, haus, bau, penalaan ambang tindak balas), pengilang akan mempunyai pengisian berasaskan bio yang boleh berskala untuk musim sejuk/lapisan aktif — dengan kurang kepanasan berlebihan semasa dalam perjalanan dan kurang menggigil semasa rehat. Ini adalah pelengkap, bukan kompetitif, kepada penyelesaian berseri dan PCM: mereka boleh digabungkan dalam sistem berbilang lapisan.

Bagaimana ia berfungsi

• Isian selulosa bakteria (BC) adalah "jaring" semula jadi nanofibril yang dihasilkan oleh bakteria tidak berbahaya (biasa kepada semua orang daripada kulat teh/kombucha). Membran ini ringan, tahan lama, bernafas dan hidrofilik - ia "merasakan" kelembapan dengan sempurna.
• Apabila anda mula berpeluh, kelembapan tempatan di bawah pakaian meningkat, lapisan berserabut hilang "bengkak" dan merata - kurang udara di dalam → kurang penebat → lebih mudah untuk badan kehilangan haba berlebihan. Sebaik sahaja anda kering, struktur diluruskan semula dan mengembalikan tahap penebat haba yang tinggi disebabkan oleh udara di antara gentian. Ia adalah mekanisme pasif mudah yang berfungsi pada kelembapan, bukan elektronik.

Apa yang ditunjukkan oleh pengarang

• Penyesuaian terhadap peluh dan kelembapan. Dalam keadaan kering, bahan mengekalkan ketebalan maksimum ~13 mm, dan pada kelembapan tinggi (mensimulasikan peluh) ia menipis hingga ~2 mm. Disebabkan oleh "ketebalan pembolehubah" sedemikian, prototaip memanjangkan masa keselesaan terma dengan ketara berbanding dengan fabrik panas konvensional, terutamanya apabila menukar mod "rehat → beban".
• Prinsipnya boleh skala. Penulis menekankan bahawa "pengisian" boleh dijahit ke dalam pelbagai jenis pakaian - dari lapisan ke lapisan penebat - dan disesuaikan dengan iklim/beban.

Mengapa ini perlu sama sekali?

Pakaian hangat klasik adalah kompromi: lebih panas lapisan, lebih tinggi risiko "terlalu panas dan berpeluh", dan kemudian terlalu sejuk disebabkan oleh pakaian dalam basah "mini-sauna". Tekstil, yang melemahkan penebat semasa berpeluh dan mengembalikannya apabila kering, membantu mengekalkan "makna emas" tanpa zip, injap dan bateri yang tidak perlu. Kelembapan memainkan peranan penting dalam pengurusan haba manusia (haba dibawa oleh penyejatan), jadi fabrik "pintar" semakin belajar untuk bertindak balas secara khusus kepada kelembapan/kelembapan.

Bagaimanakah ini berbeza daripada fabrik pintar yang lain?

• Tiada barang elektronik. Tidak seperti sistem aktif (elemen termo/robot lembut), di sini adalah fizik tulen bahan: basah → nipis, kering → lebih tebal. Ia lebih mudah, lebih murah dan berpotensi lebih tahan lama.
• Bukan "injap", tetapi "gemuk". Sebelum ini, fabrik dengan injap/liang lembapan atau dengan ketebalan akordion pada sisipan polimer telah ditawarkan. Kini peranan "akordion" diambil alih oleh bakcellulose semula jadi, yang sudah diketahui dalam pembalut perubatan dan tekstil "hijau".
• Potensi eko. Selulosa bakteria adalah biokompatibel dan terbiodegradasi, boleh ditanam tanpa kapas dan minyak, dan pengeluarannya selaras dengan trend semasa ke arah bahan yang mampan.

Di mana ini boleh berguna

• Musim sejuk di bandar dan "pejabat-jalan-kereta bawah tanah". Perubahan dalam aktiviti dan iklim "membuang" badan ke dalam panas/sejuk kurang - keselesaan "bertahan" lebih lama.
• Aktiviti gunung/lari. Semasa mendaki/lari fabrik mengudarakan, dan pada hentian rehat ia menebat semula.
• Keadaan lapangan dan pengeluaran. Lebih sedikit bahagian bergerak dan elektronik, lebih dipercayai. (Tambahan tambah untuk berat ringan dan "kebolehnafasan" BC.)

Sekatan

Ini masih merupakan pembangunan saintifik dan prototaip; ia masih perlu diuji untuk pemakaian harian:

• Ketahanan dan kebolehbasuh (pelbagai kitaran pembasahan dan pengeringan, "cuci kering kehidupan"),
• Keselesaan dan bau kulit apabila dipakai untuk jangka masa yang lama,
• Menyediakan respons "ambang" untuk profil iklim/berpeluh yang berbeza,
• Kos dan skala penanaman bakselulosa kepada gulungan kain. Sebagai perbandingan: bidang fabrik "termoregulating" sedang berkembang secara aktif, tetapi hanya sebahagian daripada idea mencapai pasaran besar-besaran.

Kesimpulan

"Pakaian yang menyesuaikan diri dengan peluh" ialah kesinambungan logik daripada pencarian selama sedekad untuk tekstil sensitif kelembapan dan sensitif suhu. Makalah baharu dalam Science Advances menambah selulosa bakteria semula jadi ke medan sebagai "jantung" penebat penyesuaian dan menunjukkan amplitud besar perubahan ketebalan (13 → 2 mm) bersama-sama dengan peningkatan masa keselesaan terma - tanpa wayar dan penderia.

Sumber: Pakaian suai suai sensitif peluh, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472