"Jakna koja 'stanji' kada se znojite": Bakterijska celuloza naučila je odjeću da sama regulira toplinu

Science Advances je opisao „pametnu“ toplu tkaninu, čije je punjenje napravljeno od prirodne bakterijske celuloze, koja reagira na znojenje: kada je vlažno oko tijela, materijal automatski postaje tanji, a kada je suh, ponovno dobiva „napuhanost“ i zadržava toplinu. U prototipu se debljina promijenila s oko 13 mm (suho) na 2 mm (vlažno), a opća ideja je produžiti vrijeme toplinske udobnosti bez elektronike i baterija.

Pozadina

Što si prije probao/la:

1. Materijali s promjenom faze (PCM) u mikrokapsulama "gutaju" toplinu tijekom taljenja i oslobađaju je tijekom kristalizacije, ali djeluju u uskom temperaturnom prozoru i slabo reagiraju na stvarno znojenje.
2. Zračeće tkanine na bazi nanoporoznog polietilena (nanoPE) omogućuju prolaz toplinskog IR zračenja tijela, pružajući pasivno "radijacijsko hlađenje", ali to je u biti kanal za uklanjanje, a ne "samoregulacija izolacije" tijekom znojenja.
3. Aktuatori vlažnosti/higromorfne tkanine mijenjaju oblik/pore kada se vlažnost poveća, proširujući „zonu udobnosti“ bez žica - smjer brzo sazrijeva.

• Problem koji rješavaju „pametne“ tkanine. Toplinska udobnost odjeće urušava se kada se aktivnost brzo promijeni: pregrijavanje i znojenje tijekom napora, hipotermija zbog vlažnog sloja pri zaustavljanju. Stoga se posljednjih godina brzo razvijaju adaptivni toplinski/vlažni tekstili koji prilagođavaju izmjenu topline bez baterija i složene elektronike. Recenzije naglašavaju ključni vektor - dinamičko upravljanje toplinom i vlagom na razini sloja vlakana/tkanine.
• Zašto je vlaga/znoj najbolji "okidač". Znoj je glavni brzi pokazatelj pregrijavanja: čim se lokalna vlažnost poveća, sustav treba smanjiti toplinski otpor (manje "natečenosti"/zračnih komora) i povećati isparavanje; kada se osuši, vratiti izolaciju. Stoga ideja o materijalima koji automatski reagiraju na vlažnost, a ne na vanjsku temperaturu. To štedi energiju i izbjegava glomaznu elektroniku.
• Što je bakterijska celuloza i zašto je obećavajuća? BC je biopolimer koji „uzgajaju“ bakterije octene kiseline ( Komagataeibacter ): tvori nanofibrilarnu mrežu s visokim kapacitetom vode, čvrstoćom, propusnošću zraka i biokompatibilnošću. U tekstilnoj/znanosti o materijalima, BC je cijenjen zbog svoje osjetljivosti na vlagu i održive proizvodnje iz obnovljivih sirovina.
• Znanstvena praznina koju novi članak zatvara. Većina pasivnih rješenja ili uklanja toplinu (radijacijsko) ili je puferira (PCM), slabo uzimajući u obzir da bi sama vlažnost trebala "preklopiti" izolaciju. Rad u Science Advances koristi BC sloj kao "srce" tople odjeće, koji se stanjuje znojem (manje zraka → manje izolacije) i ponovno se ispravlja kada se osuši - to jest, gradi samoregulirajuću toplinsku izolaciju na temelju tjelesne vlažnosti.
• Terenski kontekst: gdje se ovo uklapa? Trend je prema pasivnim, bio- i polimernim sustavima koji proširuju „prozor udobnosti“ bez korisnikove energije. Uz njih su: higromorfni aktuatori nove generacije (koji pokazuju primjetno proširenje zone udobnosti) i radijacijsko hlađenje na bazi celuloze/biomase — BK se dobro uklapa u ovu „zelenu“ granu osobnog upravljanja toplinom.
• Praktične implikacije za industriju: Ako se "punoća" BC izolacije kontrolirana vlagom potvrdi testiranjem nosive opreme (pranje, habanje, mirisi, podešavanje praga odziva), proizvođači će imati skalabilno, biobazirano punjenje za zimske/aktivne slojeve - s manje pregrijavanja u pokretu i manje drhtanja u mirovanju. Ovo je komplementarno, a ne konkurentno, rješenjima za zračenje i PCM: mogu se kombinirati u višeslojnim sustavima.

Kako funkcionira

• Punjenje od bakterijske celuloze (BC) je prirodna "mreža" nanofibrila koje proizvode bezopasne bakterije (svima poznate iz čajne gljive/kombuche). Ova membrana je lagana, izdržljiva, prozračna i hidrofilna - savršeno "osjeća" vlagu.
• Kada se počnete znojiti, lokalna vlažnost ispod odjeće se povećava, vlaknasti sloj gubi svoju "napuhanost" i izravnava se - manje zraka unutra → manje izolacije → tijelu je lakše gubiti višak topline. Čim se osušite, struktura se ponovno ispravi i vraća visoku razinu toplinske izolacije zbog zraka između vlakana. To je jednostavan pasivni mehanizam koji radi na vlagu, a ne na elektroniku.

Što su autori pokazali

• Prilagodba znoju i vlazi. U suhim uvjetima materijal održava maksimalnu debljinu od ~13 mm, a pri visokoj vlažnosti (simulirajući znojenje) se stanjuje na ~2 mm. Zbog takve "varijabilne debljine", prototip značajno produžuje vrijeme toplinske udobnosti u usporedbi s konvencionalnom toplom tkaninom, posebno pri promjeni načina rada "odmor → opterećenje".
• Princip je skalabilan. Autori naglašavaju da se „punjenje“ može ušiti u različite vrste odjeće - od podstava do izolacijskih slojeva - i prilagoditi klimi/opterećenju.

Zašto je ovo uopće potrebno?

Klasična topla odjeća je kompromis: što je sloj topliji, to je veći rizik od "pregrijavanja i znojenja", a zatim i prekomjernog hlađenja zbog mokrog donjeg rublja "mini-sauna". Tekstil, koji slabi izolaciju tijekom znojenja i vraća je kada se osuši, pomaže u održavanju "zlatne sredine" bez nepotrebnih patentnih zatvarača, ventila i baterija. Vlaga igra ključnu ulogu u ljudskom termičkom upravljanju (toplina se odnosi isparavanjem), pa "pametne" tkanine sve više uče reagirati specifično na vlagu/vlažnost.

Po čemu se ovo razlikuje od drugih pametnih tkanina?

• Nema elektronike. Za razliku od aktivnih sustava (termoelementi/meka robotika), ovdje je riječ o čistoj fizici materijala: mokro → tanje, suho → deblje. Jednostavnije je, jeftinije i potencijalno trajnije.
• Ne "ventili", već "punoća". Prije su se nudile tkanine s ventilima/porama za vlagu ili s debljinom harmonike na polimernim umetcima. Sada ulogu "harmonike" preuzima prirodna bakceluloza, već poznata u medicinskim zavojima i "zelenim" tekstilima.
• Eko-potencijal. Bakterijska celuloza je biokompatibilna i biorazgradiva, može se uzgajati bez pamuka i ulja, a njezina proizvodnja je u skladu s trenutnim trendom prema održivim materijalima.

Gdje ovo može biti korisno

• Zima u gradu i "ured-ulica-podzemna željeznica". Promjene aktivnosti i klime manje "bacaju" tijelo u toplinu/hladnoću - udobnost "traje" dulje.
• Planinarske/trkačke aktivnosti. Tijekom penjanja/trčanja tkanina se prozračuje, a prilikom odmora ponovno izolira.
• Terenski i proizvodni uvjeti. Što je manje pokretnih dijelova i elektronike, to je pouzdanije. (Plus plus za malu težinu i "prozračnost" KP-a.)

Ograničenja

Ovo je još uvijek znanstveni razvoj i prototip; još uvijek ga treba testirati za svakodnevno nošenje:

• Trajnost i mogućnost pranja (više ciklusa vlaženja i sušenja, "kemijsko čišćenje vijeka trajanja"),
• Udobnost za kožu i mirisi pri duljem nošenju,
• Postavljanje „pragova“ odgovora za različite klimatske/znojne profile,
• Troškovi i skaliranje uzgoja bakceluloze u role tkanine. Za usporedbu: područje "termoregulirajućih" tkanina aktivno raste, ali samo dio ideja dopire do masovnog tržišta.

Zaključak

„Odjeća koja se prilagođava znoju“ logičan je nastavak desetljetne potrage za tekstilom osjetljivim na vlagu i temperaturu. Novi rad u časopisu Science Advances dodaje prirodnu bakterijsku celulozu u područje kao „srce“ adaptivne izolacije i pokazuje veliku amplitudu promjene debljine (13 → 2 mm) uz povećanje vremena toplinske udobnosti - bez žica i senzora.

Izvor: Adaptivna topla odjeća osjetljiva na znoj, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472