„Kurtka, która «wyszczupla», gdy się pocisz”: celuloza bakteryjna nauczyła ubrania samoregulacji temperatury

Science Advances opisał „inteligentną” ciepłą tkaninę, której wypełnienie stanowi naturalna celuloza bakteryjna, reagująca na pot: gdy jest wilgotno wokół ciała, materiał automatycznie staje się cieńszy, a gdy jest sucho, ponownie nabiera „pulchności” i zatrzymuje ciepło. W prototypie grubość zmieniła się z około 13 mm (sucho) do 2 mm (wilgotno), a ogólną ideą jest wydłużenie czasu komfortu termicznego bez elektroniki i baterii.

Tło

Co próbowałeś wcześniej:

1. Materiały zmieniające fazę (PCM) w mikrokapsułkach „pochłaniają” ciepło podczas topienia i uwalniają je podczas krystalizacji, ale działają w wąskim przedziale temperatur i słabo reagują na rzeczywiste pocenie.
2. Radiacyjne tkaniny na bazie nanoporowatego polietylenu (nanoPE) pozwalają na przenikanie cieplnego promieniowania podczerwonego przez ciało, zapewniając pasywne „chłodzenie radiacyjne”, jednak jest to w zasadzie kanał odprowadzania, a nie „samoregulacja izolacji” podczas pocenia się.
3. Siłowniki wilgotności/tkaniny higromorficzne zmieniają kształt/pory, gdy wilgotność wzrasta, rozszerzając „strefę komfortu” bez przewodów — ten kierunek szybko dojrzewa.

• Problem, który rozwiązują „inteligentne” tkaniny. Komfort termiczny odzieży spada wraz ze zmianą aktywności: przegrzaniem i poceniem się podczas wysiłku, hipotermią spowodowaną wilgocią podczas postoju. Dlatego w ostatnich latach dynamicznie rozwijają się tekstylia adaptacyjne termicznie/wilgotnościowe, które regulują wymianę ciepła bez użycia baterii i skomplikowanej elektroniki. Recenzje podkreślają kluczowy aspekt – dynamiczne zarządzanie ciepłem i wilgocią na poziomie warstwy włókna/tkaniny.
• Dlaczego wilgoć/pot to najlepszy „wyzwalacz”. Pot jest głównym, szybkim wskaźnikiem przegrzania: gdy tylko lokalna wilgotność wzrośnie, system musi zmniejszyć opór cieplny (mniej „puchnięcia”/komór powietrznych) i zwiększyć parowanie; po wyschnięciu przywrócić izolację. Stąd pomysł na materiały, które automatycznie reagują na wilgoć, a nie na temperaturę zewnętrzną. Pozwala to oszczędzać energię i uniknąć dużych gabarytów elektroniki.
• Czym jest celuloza bakteryjna i dlaczego jest obiecująca? BC to biopolimer „hodowany” przez bakterie kwasu octowego ( Komagataeibacter ): tworzy nanofibrylarną sieć o dużej pojemności wodnej, wytrzymałości, przepuszczalności powietrza i biozgodności. W tekstyliach i materiałoznawstwie BC jest ceniona za wrażliwość na wilgoć i zrównoważoną produkcję z surowców odnawialnych.
• Luka naukowa, którą zamyka nowy artykuł. Większość rozwiązań pasywnych albo odprowadza ciepło (promieniowanie), albo je buforuje (PCM), nie zdając sobie sprawy, że sama wilgoć powinna „przełączyć” izolację. Praca opublikowana w czasopiśmie Science Advances wykorzystuje warstwę BC jako „serce” ciepłej odzieży, która rozrzedza się pod wpływem potu (mniej powietrza → mniej izolacji) i prostuje się po wyschnięciu – czyli buduje samoregulującą się izolację termiczną w oparciu o wilgotność ciała.
• Kontekst terenowy: gdzie to się mieści? Trend zmierza w kierunku systemów pasywnych, bio- i polimerowych, które rozszerzają „okno komfortu” bez udziału energii użytkownika. Obok nich znajdują się: siłowniki higromorficzne nowej generacji (wykazujące zauważalne rozszerzenie strefy komfortu) oraz chłodzenie radiacyjne na bazie celulozy/biomateriałów — BC dobrze wpisuje się w tę „zieloną” gałąź osobistego zarządzania temperaturą.
• Praktyczne implikacje dla przemysłu: Jeśli kontrolowana przez wilgoć „pulchność” izolacji BC zostanie potwierdzona w testach noszonych (pranie, zużycie, zapachy, regulacja progu reakcji), producenci będą mieli skalowalne, biopochodne wypełnienie do warstw zimowych/aktywnych – z mniejszym przegrzewaniem w ruchu i mniejszym drżeniem w spoczynku. Jest to rozwiązanie uzupełniające, a nie konkurencyjne w stosunku do rozwiązań radiacyjnych i PCM: można je łączyć w systemy wielowarstwowe.

Jak to działa

• Wypełnienie z celulozy bakteryjnej (BC) to naturalna „sieć” nanowłókien, wytwarzana przez nieszkodliwe bakterie (znane wszystkim z grzyba herbacianego/kombuchy). Ta membrana jest lekka, trwała, oddychająca i hydrofilowa – doskonale „wyczuwa” wilgoć.
• Kiedy zaczynasz się pocić, lokalna wilgotność pod ubraniem wzrasta, warstwa włóknista traci swoją „puchliwość” i spłaszcza się – mniej powietrza w środku → gorsza izolacja → organizm łatwiej traci nadmiar ciepła. Gdy tylko wyschniesz, struktura ponownie się prostuje i przywraca wysoki poziom izolacji termicznej dzięki powietrzu między włóknami. To prosty, pasywny mechanizm, który działa na wilgoć, a nie na elektronikę.

Co pokazali autorzy

• Adaptacja do potu i wilgoci. W suchych warunkach materiał utrzymuje maksymalną grubość ~13 mm, a przy wysokiej wilgotności (symulując pocenie się) zmniejsza się do ~2 mm. Dzięki takiej „zmiennej grubości” prototyp znacznie wydłuża czas komfortu termicznego w porównaniu z konwencjonalną tkaniną ocieplającą, zwłaszcza przy zmianie trybu „odpoczynek → obciążenie”.
• Zasada jest skalowalna. Autorzy podkreślają, że „wypełnienie” można wszyć w różne rodzaje odzieży – od podszewek po warstwy izolacyjne – i dopasować do klimatu/obciążenia.

Dlaczego jest to w ogóle konieczne?

Klasyczna ciepła odzież to kompromis: im cieplejsza warstwa, tym większe ryzyko „przegrzania i pocenia się”, a następnie wychłodzenia z powodu mokrej bielizny, zwanej „mini-sauną”. Tekstylia, które osłabiają izolację podczas pocenia się i oddają ją po wyschnięciu, pomagają zachować „złoty środek” bez zbędnych zamków błyskawicznych, zaworów i baterii. Wilgoć odgrywa kluczową rolę w termoregulacji organizmu (ciepło jest odprowadzane przez parowanie), dlatego „inteligentne” tkaniny coraz częściej uczą się reagować na wilgoć.

Czym to się różni od innych inteligentnych tkanin?

• Bez elektroniki. W przeciwieństwie do systemów aktywnych (termoelementów/miękkiej robotyki), tutaj mamy do czynienia z czystą fizyką materiału: mokry → cieńszy, suchy → grubszy. Jest prostszy, tańszy i potencjalnie trwalszy.
• Nie „zawory”, ale „pulchność”. Wcześniej oferowane były tkaniny z zaworami/porami wilgoci lub o grubości harmonijkowej na wkładkach polimerowych. Teraz rolę „harmonijki” przejmuje naturalna celuloza, znana już z opatrunków medycznych i „zielonych” tekstyliów.
• Eko-potencjał. Celuloza bakteryjna jest biokompatybilna i biodegradowalna, można ją uprawiać bez bawełny i oleju, a jej produkcja wpisuje się w obecny trend w kierunku zrównoważonych materiałów.

Gdzie to może być przydatne

• Zima w mieście i „biuro-ulica-metro”. Zmiany aktywności i klimatu „rzucają” ciało na ciepło/zimno rzadziej – komfort „trwa” dłużej.
• Aktywności górskie/bieganie. Podczas wspinaczki/biegu materiał wentyluje, a podczas postoju ponownie izoluje.
• Warunki polowe i produkcyjne. Im mniej ruchomych części i elektroniki, tym większa niezawodność. (Plus plus za lekkość i „oddychalność” kamizelki).

Ograniczenia

Jest to nadal rozwój naukowy i prototyp; nadal trzeba go przetestować pod kątem codziennego użytkowania:

• Trwałość i możliwość prania (wielokrotne cykle namaczania i suszenia, „czyszczenie chemiczne życia”),
• Komfort skóry i nieprzyjemne zapachy przy dłuższym noszeniu,
• Ustawienie „progów” odpowiedzi dla różnych profili klimatycznych/pocenia,
• Koszt i skalowalność uprawy celulozy na rolki tkaniny. Dla porównania: dziedzina tkanin „termoregulujących” dynamicznie się rozwija, ale tylko część pomysłów trafia na rynek masowy.

Wniosek

„Odzież, która adaptuje się do potu” to logiczna kontynuacja trwających dekadę poszukiwań tekstyliów wrażliwych na wilgoć i temperaturę. Nowy artykuł w czasopiśmie „Science Advances” opisuje naturalną celulozę bakteryjną jako „serce” adaptacyjnej izolacji i wykazuje dużą amplitudę zmian grubości (13 → 2 mm) wraz z wydłużeniem czasu komfortu termicznego – bez przewodów i czujników.

Źródło: Odzież adaptacyjna z funkcją pochłaniania potu, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472