„Bunda, ktorá „zoštíhľuje“, keď sa potíte“: Bakteriálna celulóza naučila oblečenie samoregulovať teplo

Časopis Science Advances opísal „inteligentnú“ hrejivú látku, ktorej výplň je vyrobená z prírodnej bakteriálnej celulózy, ktorá reaguje na potenie: keď je okolo tela vlhko, materiál sa automaticky stenčí a keď je suchý, opäť získa „nafúknutie“ a udrží si teplo. V prototype sa hrúbka zmenila z približne 13 mm (suchý) na 2 mm (vlhký) a všeobecnou myšlienkou je predĺžiť čas tepelného komfortu bez elektroniky a batérií.

Pozadie

Čo si už predtým skúšal/a:

1. Materiály s fázovou zmenou (PCM) v mikrokapsulách „prehltnú“ teplo počas topenia a uvoľnia ho počas kryštalizácie, ale fungujú v úzkom teplotnom okne a zle reagujú na skutočné potenie.
2. Sálavé tkaniny na báze nanoporézneho polyetylénu (nanoPE) umožňujú priechod tepelného infračerveného žiarenia tela, čím zabezpečujú pasívne „radiačné chladenie“, ale v podstate ide o kanál na jeho odvádzanie a nie o „samoreguláciu izolácie“ počas potenia.
3. Regulátory vlhkosti/hygromorfné tkaniny menia tvar/póry, keď sa vlhkosť zvyšuje, čím rozširujú „zónu komfortu“ bez drôtov – tento smer sa rýchlo rozvíja.

• Problém, ktorý riešia „inteligentné“ tkaniny. Tepelný komfort oblečenia sa zrúti, keď sa aktivita rýchlo zmení: prehrievanie a potenie počas námahy, podchladenie v dôsledku vlhkej vrstvy pri zastavení. Preto sa v posledných rokoch rýchlo rozvíjajú adaptívne tepelné/vlhkostné textílie, ktoré upravujú výmenu tepla bez batérií a zložitej elektroniky. Recenzie zdôrazňujú kľúčový vektor – dynamické riadenie tepla a vlhkosti na úrovni vrstvy vlákna/tkaniny.
• Prečo je vlhkosť/pot najlepším „spúšťačom“. Pot je hlavným rýchlym ukazovateľom prehriatia: hneď ako sa zvýši lokálna vlhkosť, systém musí znížiť tepelný odpor (menej „opuchov“/vzduchových komôr) a zvýšiť odparovanie; keď vyschne, vrátiť izoláciu. Preto myšlienka materiálov, ktoré automaticky reagujú na vlhkosť, nie na vonkajšiu teplotu. To šetrí energiu a zabraňuje objemnej elektronike.
• Čo je bakteriálna celulóza a prečo je sľubná? BC je biopolymér, ktorý „pestujú“ baktérie kyseliny octovej ( Komagataeibacter ): tvorí nanofibrilárnu sieť s vysokou vodnou kapacitou, pevnosťou, priepustnosťou vzduchu a biokompatibilitou. V textilnej/materiálovej vede je BC cenená pre svoju citlivosť na vlhkosť a udržateľnú výrobu z obnoviteľných surovín.
• Vedecká medzera, ktorú zapĺňa nový článok. Väčšina pasívnych riešení buď odvádza teplo (radiačné), alebo ho tlmí (PCM), pričom sa slabo berie do úvahy, že samotná vlhkosť by mala „prepínať“ izoláciu. Práca v časopise Science Advances používa vrstvu BC ako „srdce“ teplého oblečenia, ktorá sa potom stenčuje (menej vzduchu → menej izolácie) a po uschnutí sa opäť narovnáva – to znamená, že si vytvára samoregulačnú tepelnú izoláciu na základe telesnej vlhkosti.
• Terénny kontext: kam to patrí? Trend smeruje k pasívnym, bio- a polymérnym systémom, ktoré rozširujú „okno komfortu“ bez energie používateľa. Vedľa nich sú to: hygromorfné aktuátory novej generácie (ktoré vykazujú znateľné rozšírenie komfortnej zóny) a radiačné chladenie na báze celulózy/biotechnológie – komplexná biotechnológia dobre zapadá do tejto „zelenej“ vetvy osobného tepelného manažmentu.
• Praktické dôsledky pre priemysel: Ak sa v testoch nositeľných materiálov (pranie, opotrebovanie, pachy, ladenie prahu odozvy) potvrdí „kyprosť“ izolácie BC s regulovanou vlhkosťou, výrobcovia budú mať k dispozícii škálovateľnú výplň na biologickej báze pre zimné/aktívne vrstvy – s menším prehrievaním na cestách a menším trasením v pokoji. Toto dopĺňa, nie je konkurenčné, sálavé a PCM riešenia: možno ich kombinovať vo viacvrstvových systémoch.

Ako to funguje

• Bakteriálna celulózová (BC) výplň je prirodzená „sieť“ nanofibríl produkovaných neškodnými baktériami (známymi každému z čajovej huby/kombuchy). Táto membrána je ľahká, odolná, priedušná a hydrofilná – dokonale „cíti“ vlhkosť.
• Keď sa začnete potiť, lokálna vlhkosť pod oblečením sa zvýši, vláknitá vrstva stráca svoju „nafúknutosť“ a splošťuje sa – menej vzduchu vo vnútri → menej izolácie → telo ľahšie stráca prebytočné teplo. Hneď ako vyschnete, štruktúra sa opäť narovná a vďaka vzduchu medzi vláknami vráti vysokú úroveň tepelnej izolácie. Je to jednoduchý pasívny mechanizmus, ktorý funguje na základe vlhkosti, nie elektroniky.

Čo autori ukázali

• Prispôsobenie sa potu a vlhkosti. V suchých podmienkach si materiál udržiava maximálnu hrúbku ~13 mm a pri vysokej vlhkosti (simulujúcej potenie) sa stenčuje na ~2 mm. Vďaka takejto „variabilnej hrúbke“ prototyp výrazne predlžuje čas tepelného komfortu v porovnaní s bežnou teplou látkou, najmä pri zmene režimu „pokoj → záťaž“.
• Princíp je škálovateľný. Autori zdôrazňujú, že „výplň“ sa dá všiť do rôznych typov oblečenia – od podšívok až po izolačné vrstvy – a prispôsobiť podnebiu/záťaži.

Prečo je to vôbec potrebné?

Klasické teplé oblečenie je kompromisom: čím teplejšia vrstva, tým vyššie riziko „prehriatia a potenia“, a následne prechladnutia v dôsledku mokrej spodnej bielizne „mini-sauny“. Textílie, ktoré pri potení oslabujú izoláciu a po vysušení ju vracajú späť, pomáhajú udržiavať „zlatú strednú cestu“ bez zbytočných zipsov, ventilov a batérií. Vlhkosť zohráva kľúčovú úlohu v tepelnom manažmente človeka (teplo sa odvádza odparovaním), takže „inteligentné“ tkaniny sa čoraz viac učia reagovať špecificky na vlhkosť.

V čom sa to líši od iných inteligentných tkanín?

• Žiadna elektronika. Na rozdiel od aktívnych systémov (termoelementy/mäkká robotika) tu ide o čistú fyziku materiálu: mokré → tenšie, suché → hrubšie. Je to jednoduchšie, lacnejšie a potenciálne odolnejšie.
• Nie „chlopne“, ale „kyprosť“. Predtým sa ponúkali látky s vlhkostnými chlopňami/pórmi alebo s harmonikovou hrúbkou na polymérových vložkách. Teraz úlohu „harmoniky“ preberá prírodná bakcelulóza, už známa v zdravotníckych obväzoch a „zelených“ textíliách.
• Ekologický potenciál. Bakteriálna celulóza je biokompatibilná a biologicky odbúrateľná, možno ju pestovať bez bavlny a oleja a jej výroba je v súlade so súčasným trendom smerom k udržateľným materiálom.

Kde to môže byť užitočné

• Zima v meste a „kancelária-ulica-metro“. Zmeny aktivity a klímy menej „vrhajú“ telo do tepla/chladu – pohodlie „vydrží“ dlhšie.
• Horské/bežecké aktivity. Počas stúpania/behu látka vetrá a pri zastávke opäť izoluje.
• Terénne a výrobné podmienky. Čím menej pohyblivých častí a elektroniky, tým spoľahlivejšie. (Plus plus pre nízku hmotnosť a „priedušnosť“ BC.)

Obmedzenia

Toto je stále vedecký vývoj a prototyp; stále je potrebné ho otestovať na každodenné nosenie:

• Trvanlivosť a umývateľnosť (viaceré cykly navlhčenia a sušenia, „chemické čistenie na celý život“),
• Pohodlie pre pokožku a príjemný zápach pri dlhodobom nosení,
• Nastavenie „prahových hodnôt“ odozvy pre rôzne klimatické/potné profily,
• Náklady a škálovanie pestovania bakcelulózy na kotúče látky. Pre porovnanie: oblasť „termoregulačných“ látok aktívne rastie, ale na masový trh sa dostáva len časť nápadov.

Záver

„Oblečenie, ktoré sa prispôsobuje potu“ je logickým pokračovaním desaťročia trvajúceho hľadania textílií citlivých na vlhkosť a teplotu. Nový článok v časopise Science Advances pridáva do tejto oblasti prírodnú bakteriálnu celulózu ako „srdce“ adaptívnej izolácie a ukazuje veľkú amplitúdu zmeny hrúbky (13 → 2 mm) spolu so zvýšením času tepelnej pohody – bez drôtov a senzorov.

Zdroj: Adaptívne teplé oblečenie citlivé na pot, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472