"Jakna, ki 'vitkne', ko se potite": Bakterijska celuloza je oblačila naučila samoregulacije toplote

Science Advances je opisal »pametno« toplo tkanino, katere polnilo je iz naravne bakterijske celuloze, ki reagira na potenje: ko je okoli telesa vlažno, se material samodejno stanjša, ko pa je suh, spet pridobi »napihnjenost« in zadrži toploto. Pri prototipu se je debelina spremenila s približno 13 mm (suho) na 2 mm (vlažno), splošna ideja pa je podaljšati čas toplotnega udobja brez elektronike in baterij.

Ozadje

Kaj si že poskusil/a:

1. Fazno spremenljivi materiali (PCM) v mikrokapsulah med taljenjem "pogoltnejo" toploto in jo sprostijo med kristalizacijo, vendar delujejo v ozkem temperaturnem oknu in se slabo odzivajo na dejansko potenje.
2. Sevalne tkanine na osnovi nanoporoznega polietilena (nanoPE) omogočajo prehod telesnega toplotnega infrardečega sevanja, kar zagotavlja pasivno "sevalno hlajenje", vendar je to v bistvu kanal za odstranjevanje in ne "samoregulacija izolacije" med potenjem.
3. Aktuatorji vlažnosti/higromorfne tkanine spreminjajo obliko/pore, ko se vlažnost poveča, in tako širijo »območje udobja« brez žic – smer hitro dozoreva.

• Problem, ki ga rešujejo »pametne« tkanine. Toplotno udobje oblačil se zmanjša, ko se aktivnost hitro spremeni: pregrevanje in potenje med naporom, podhladitev zaradi vlažne plasti ob ustavljanju. Zato se v zadnjih letih hitro razvijajo prilagodljivi toplotni/vlažilni tekstili, ki prilagajajo izmenjavo toplote brez baterij in kompleksne elektronike. Ocene poudarjajo ključni vektor – dinamično upravljanje toplote in vlage na ravni vlaken/plasti tkanine.
• Zakaj je vlaga/pot najboljši "sprožilec". Pot je glavni hitri označevalec pregrevanja: takoj ko se lokalna vlažnost poveča, mora sistem zmanjšati toplotni upor (manj "zabuhlosti"/zračnih komor) in povečati izhlapevanje; ko se posuši, mora vrniti izolacijo. Od tod ideja o materialih, ki se samodejno odzivajo na vlažnost, ne na zunanjo temperaturo. To prihrani energijo in se izogne nezračni elektroniki.
• Kaj je bakterijska celuloza in zakaj je obetavna? BC je biopolimer, ki ga »gojijo« ocetnokislinske bakterije ( Komagataeibacter ): tvori nanofibrilarno mrežo z visoko vodno kapaciteto, trdnostjo, prepustnostjo zraka in biokompatibilnostjo. V tekstilni/materialni znanosti je BC cenjen zaradi svoje občutljivosti na vlago in trajnostne proizvodnje iz obnovljivih surovin.
• Znanstvena vrzel, ki jo zapolnjuje nov članek. Večina pasivnih rešitev bodisi odvaja toploto (sevalno) bodisi jo blaži (PCM), pri čemer se šibko upošteva, da bi morala vlaga sama "preklopiti" izolacijo. Delo v Science Advances uporablja plast BC kot "srce" toplih oblačil, ki se z znojem stanjša (manj zraka → manj izolacije) in se, ko se posuši, ponovno zravna – torej gradi samoregulirajočo se toplotno izolacijo, ki temelji na telesni vlažnosti.
• Terenski kontekst: kam se to vklaplja? Trend gre k pasivnim, bio- in polimernim sistemom, ki širijo »okno udobja« brez uporabnikove energije. Zraven njih so še: higromorfni aktuatorji nove generacije (ki kažejo opazno širitev območja udobja) in sevalno hlajenje na osnovi celuloze/biologije – BC se dobro ujema s to »zeleno« vejo osebnega toplotnega upravljanja.
• Praktične posledice za industrijo: Če se v testiranju nosljivih materialov (pranje, obraba, vonjave, nastavitev praga odziva) potrdi »polnost« izolacije BC, ki jo nadzoruje vlaga, bodo proizvajalci imeli na voljo prilagodljivo polnilo na biološki osnovi za zimske/aktivne plasti – z manj pregrevanja na poti in manj tresenja v mirovanju. To dopolnjuje, ne pa konkurira rešitvam s sevalnim in PCM sistemom: kombinirati jih je mogoče v večplastnih sistemih.

Kako deluje

• Polnilo iz bakterijske celuloze (BC) je naravna "mreža" nanofibril, ki jih proizvajajo neškodljive bakterije (vsem znane iz čajne glive/kombuče). Ta membrana je lahka, trpežna, zračna in hidrofilna – odlično "zaznava" vlago.
• Ko se začnete potiti, se lokalna vlažnost pod oblačili poveča, vlaknasta plast izgubi svojo "napihnjenost" in se splošči - manj zraka v notranjosti → manj izolacije → telo lažje izgubi odvečno toploto. Takoj ko se posušite, se struktura spet zravna in zaradi zraka med vlakni vrne visoko raven toplotne izolacije. Gre za preprost pasivni mehanizem, ki deluje na vlago, ne na elektroniko.

Kaj so avtorji pokazali

• Prilagajanje znoju in vlagi. V suhih pogojih material ohrani največjo debelino ~13 mm, pri visoki vlažnosti (simulaciji potenja) pa se stanjša na ~2 mm. Zaradi takšne "spremenljive debeline" prototip znatno podaljša čas toplotnega udobja v primerjavi s konvencionalno toplo tkanino, zlasti pri spreminjanju načina "počitek → obremenitev".
• Načelo je prilagodljivo. Avtorji poudarjajo, da je mogoče »polnilo« všiti v različne vrste oblačil – od podlog do izolacijskih plasti – in ga prilagoditi podnebju/obremenitvi.

Zakaj je to sploh potrebno?

Klasična topla oblačila so kompromis: toplejša kot je plast, večje je tveganje za "pregrevanje in potenje", nato pa zaradi mokrega spodnjega perila še prekomerno ohlajanje "mini savna". Tekstil, ki med potenjem oslabi izolacijo in jo, ko se posuši, vrne, pomaga ohranjati "zlato sredino" brez nepotrebnih zadrg, ventilov in baterij. Vlaga ima ključno vlogo pri človekovem toplotnem upravljanju (toplota se odnaša z izhlapevanjem), zato se "pametne" tkanine vse bolj učijo, da se specifično odzivajo na vlago/vlažnost.

Kakšna je razlika med tem in drugimi pametnimi tkaninami?

• Brez elektronike. Za razliko od aktivnih sistemov (termoelementi/mehka robotika) tukaj gre za čisto fiziko materiala: mokro → tanjše, suho → debelejše. Je preprostejše, cenejše in potencialno bolj trpežno.
• Ne "ventili", ampak "polnost". Prej so bile na voljo tkanine z ventili/porami za vlago ali s harmonikasto debelino na polimernih vložkih. Zdaj vlogo "harmonike" prevzema naravna bakceluloza, ki je že znana v medicinskih oblogah in "zelenih" tekstilijah.
• Ekološki potencial. Bakterijska celuloza je biokompatibilna in biorazgradljiva, goji se lahko brez bombaža in nafte, njena proizvodnja pa je v skladu s trenutnim trendom trajnostnih materialov.

Kje je to lahko koristno

• Zima v mestu in "pisarna-ulica-podzemna železnica". Spremembe aktivnosti in podnebja telo manj "vržejo" v vročino/mraz - udobje "traja" dlje.
• Gorske/tekaške aktivnosti. Med vzponom/tekom se tkanina prezračuje, med postankom pa ponovno izolira.
• Terenski in proizvodni pogoji. Manj gibljivih delov in elektronike pomeni večjo zanesljivost. (Plus plus za lahko težo in "zračnost" BC-ja.)

Omejitve

To je še vedno znanstveni razvoj in prototip; še vedno ga je treba preizkusiti za vsakodnevno nošenje:

• Vzdržljivost in prljivost (več ciklov vlaženja in sušenja, "kemično čiščenje življenjske dobe"),
• Udobje kože in vonjave pri dolgotrajnem nošenju,
• Določitev odzivnih »pragov« za različne podnebne/potne profile,
• Stroški in obseg gojenja bakceluloze v zvitke blaga. Za primerjavo: področje "termoregulacijskih" tkanin aktivno raste, vendar le del idej doseže množični trg.

Zaključek

»Oblačila, ki se prilagajajo znoju«, so logično nadaljevanje desetletnega iskanja tekstilij, občutljivih na vlago in temperaturo. Nov članek v reviji Science Advances na področje dodaja naravno bakterijsko celulozo kot »srce« prilagodljive izolacije in prikazuje veliko amplitudo spremembe debeline (13 → 2 mm) skupaj s povečanjem časa toplotnega udobja – brez žic in senzorjev.

Vir: Prilagodljiva topla oblačila, občutljiva na znoj, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472