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随湿度变化反应运动服的开发

   美国研究人员开发出一种透气训练用运动服,透过内衬活体微生物细胞的透气袋盖,可以因应湿度变化而收缩与膨胀,进而维持穿着者的凉爽与乾燥。    来源:亚洲纺织联盟

  据麻省理工学院(MIT)科学家团队表示,这些微生物细胞作为微小感应器与促动器,当运动员流汗时便会驱使袋盖打开,并在身体冷却时关上。

  在自然界中,生物学家已经观察到,当湿度发生变化时,生物及其组成(从松果鳞片到微生物细胞,甚至特定蛋白质)都能改变其结构或体积。MIT团队预测,自然形体转换者如酵母、细菌及其他微生物细胞,可能被用作製造对湿度产生反应的构件。

  研究人员首先对大肠桿菌最常见的非致病菌株进行研究,发现其会随着湿度变化而发生膨胀与收缩。之后该细胞被设计用来显现绿色萤光蛋白质,使细胞感受到潮湿条件而发光,并在使用细胞印刷方法将大肠桿菌印製到粗糙的天然乳胶片上。

  然后将这种生物布料製成可穿戴的成衣,其中衬裡的乳胶袋盖在背面形成图案,且每个袋盖按照其开启程度并根据预先设定身体产生热能与汗水的分布,进行位置调整。

  前研究生Lining Yao与前MIT媒体实验室及化学工程系研究科学家Wen Wang合作执行计画,并将计画称之为bioLoic,Lining Yao表示:「人们可能认为热能与汗水是一样的,但事实上,像下嵴椎这类会产生大量汗水的区域,并没有产生多少热能。我们使用热能及汗水的位置分布重新设计了成衣,举例来说,身体产生较多热能的部位,其袋盖就越大」。

  每个袋盖下方的支撑框架让布料的内细胞层不会直接接触到皮肤,同时,细胞能感受并对皮肤上空气中的湿度变化做出反应。在测试跑步服的试验中,研究参与者穿上该成衣,并在使用跑步机和自行车进行运动,而研究人员则运用位于其背部的小型感应器监测其温度与湿度。

  运动5分鐘后,在参与者感受到热气与流汗的时候,该运动服的袋盖便开始打开。根据感应器的数据,袋盖能有效从身体上排除汗水并降低皮肤温度,比穿着类似却无功能性袋盖的跑步服时来说,可更好地排除汗水与降温。

  研究人员表示,对水分敏感的细胞不需要额外的元素来感测与回应湿度。他们所使用的微生物细胞经证明是可安全触碰甚至消耗的。此外,研究团队表示,藉由现在可使用的新基因工程工具,可快速并大量将细胞準备好,以表现除了对水分有反应以外的多种功能。

  为了展示这最后一点,研究人员设计製造了对水分敏感的细胞,不仅可以打开袋盖,也可以在潮湿情况下发光。

  Wen Wang补充表示:「我们可以将我们的细胞与基因工具结合,将其他功能引入这些活细胞中。我们以萤光为例,在夜晚(黑暗中)跑步时别人就会看到。未来我们可以藉由基因工程与气味释放功能结合,所以也许在健身过后,衬衫便可散发出好闻的味道」。

  同时,研究员还将湿度反应型布料整合至跑布鞋的初始塬型中,内层有类似的细胞衬裡袋盖,以便气体排出与吸收水分。

  脚底接触鞋底的地方,研究员缝合了多个向下弯曲的袋盖,且细胞衬裡层朝向但不接触跑步者的脚。研究员并依据脚的热气与流汗位置来设计袋盖的大小与位置。

  Wen Wang解释:「一开始我们的想法是将袋盖放在鞋子的上方,但我们发现一般来说人类的脚背是不会流汗,但是脚底却会流很多汗,这会导致像疣这类的疾病。所以我们就在想,是不是有可能保持脚的乾爽并避免这些疾病发生呢?」

  就跟运动服一样,当研究员增加环境中的湿度,并在乾燥条件下使灯光变暗或关掉,跑布鞋上的袋盖就会打开并发亮。

  展望未来,研发团队希望与运动服装公司合作,将其设计商品化。

  Robert N. Noyce职业发展机械工程系副教授暨研究报告共同作者Xuanhe Zhao补充表示:「这项研究是利用生物学设计新材料及设备,并实现新功能的一个例子。我们相信这个新领域『活的』材料与设备,将在工程与生物系统相互作用之间找到重要的应用」。

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