Инноваторы из США разработали дышащий “умный” спортивный костюм реагирующий на температуру спортсмена

Картинки по запросу Harnessing the hygroscopic and biofluorescentКоманда исследователей из Массачусетского технологического института (МТИ) разработала «дышащий» костюм для тренировки, вентилирующие клапаны которого открываются и закрываются в ответ на тепло тела и пот спортсмена. Клапаны выложены живыми микробными клетками, которые сжимаются и расширяются в ответ на изменения влажности. Ячейки действуют как крошечные датчики и исполнительные механизмы: заставляют закрылки открываться, когда спортсмен начинает потеть, и закрывают их, когда тело остыло.

image

В дополнении к костюму ученые также разработали кроссовки с внутренним слоем аналогичных клеточных клапанов для выпуска воздуха и влаги.

Зачем использовать клетки в чувствительных тканях? Исследователи утверждают, что чувствительные к влаге клетки не нуждаются в дополнительных элементах для восприятия и реагирования на влажность. Также доказано, что использование микробных клеток безопасно для контакта с кожей. Более того, благодаря доступным сегодня инструментам генной инженерии можно очень быстро подготовить огромное количество клеток, чтобы те смогли выполнять различные функции в дополнение к реакции на влажность.

Чтобы продемонстрировать эту способность, исследователи разработали влагочувствительные клетки, которые не только открывают створки, но и подсвечиваются в ответ на изменение влажности. Методами генетики исследователи добавили флуоресценцию, и в темноте силуэт человека на пробежке будет заметно… В будущем учёные смогут объединить возможности клеток с функцией выделения запахов: после посещения тренажерного зала рубашка или футболка спортсмена будут благоухать приятным запахом.

В природе биологи наблюдали, что живые существа и элементы их строения, от чешуи до микробных клеток и даже конкретных белков, могут изменять свою структуру или объем в ответ на изменения влажности. Команда из МТИ выдвинула гипотезу, что природные преобразователи формы, такие как дрожжи, бактерии и другие микробные клетки, можно использовать в качестве строительных блоков для создания влагочувствительной ткани.

Эти клетки настолько сильны, что могут изгибать подложку, на которую они нанесены. Сначала исследователи работали с наиболее распространенным непатогенным штаммом E. coli (кишечной палочки), который, как было обнаружено, разбухает и сжимается в ответ на изменение влажности. Они дополнительно сконструировали клетки для экспрессии зеленого флуоресцентного белка, позволяя клетке светиться, когда она ощущает изменение влажности.

С помощью метода клеточной печати команда нанесла параллельные линии клеток E. coli на листы латекса, проделав отверстия в ткани в условиях повышенной влажности. При сушке на электрической плите ячейки сжались,, закручивая верхний слой латекста,, на водяном пару клетки светились и расширялись, выравнивая латекс. По словам ученых, после ста таких циклов слой с клетками и ткань в целом практически не износились.

В разработке одежды исследователи работали с биоматериалом, проектируя костюм для бега с клеточными латексными клапанами, вшитыми в спинку костюма. Они определяли размер каждого лоскута, а также степень их открытости, основываясь на изображениях человеческого тела с нанесенными на них зонами выделения тепла и пота.

Команда исследователей акцентирует внимание на том, что не все части тела одинаково вырабатывают тепло и пот. Так, например, в нижней части позвоночника вырабатывается много пота, но не очень много тепла. Ученые перепроектировали одежду, используя эти «карты»: где тело вырабатывает тепла больше, закрылки увеличили.

Опорные рамы под каждым лоскутом латекса удерживают внутренний слой ткани от непосредственного контакта с кожей, но в то же время клетки способны ощущать и реагировать на изменения влажности воздуха, располагаясь прямо над кожей. В испытаниях для проверки костюма для бега участники надевали одежду и тренировались на беговых дорожках и велосипедах. Исследователи следили за температурой и влажностью тел испытуемых, используя небольшие датчики на их спинах.

После пяти минут упражнений закрылки костюма начали открываться как раз в тот момент, когда участники эксперимента сообщили о выделении пота и ощущении тепла. Датчики показали, что заслонки эффективно удаляли пот и понижали температуру тела, в отличие от аналогичного костюма для бега с нефункциональными клапанами.

Ученые из МТИ также интегрировали влагочувствительную ткань в грубый прототип обуви. Там, где стопа касается стельки обуви, исследователи вшили несколько клапанов, изогнутых вниз. Клеточный слой обращен к ноге бегуна, но при этом не касается неё. При разработке кроссовок они также ориентировались на карты тепла и пота стопы и стандартные размерные сетки.

Как и в случае с тренировочным костюмом, откидные створки на обуви для бега открывались и подсвечивались, когда исследователи увеличивали влажность в помещении. В сухих условиях свечение прекращалось, створки закрывались.

Исследователи намерены сотрудничать с компаниями-производителями спортивной одежды, чтобы коммерциализировать свои проекты. Группа учёных изучает другие области применения технологии, включая влагозащитные шторы, абажуры и простыни. Кроме того, они заинтересованы в переосмыслении упаковки товаров. Концепция второй кожи могла бы подарить новую жизнь гибкой упаковке.

doi: 10.1126/sciadv.1601984

Автор: Анастасия Краснянская @krasandm

Картинки по запросу Harnessing the hygroscopic and biofluorescent

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!