"En jacka som 'smalnar ner' när du svettas": Bakteriell cellulosa lärde kläder att självreglera värmen

Science Advances beskrev ett "smart" varmt tyg, vars fyllning är gjord av naturlig bakteriell cellulosa, som reagerar på svettning: när det är fuktigt runt kroppen blir materialet automatiskt tunnare, och när det är torrt får det återigen "svullnad" och behåller värmen. I prototypen ändrades tjockleken från cirka 13 mm (torrt) till 2 mm (fuktigt), och den allmänna idén är att förlänga tiden för termisk komfort utan elektronik och batterier.

Bakgrund

Vad har du provat tidigare:

1. Fasförändringsmaterial (PCM) i mikrokapslar "sväljer" värme under smältning och avger den under kristallisation, men fungerar i ett smalt temperaturfönster och reagerar dåligt på verklig svettning.
2. Strålande tyger baserade på nanoporös polyeten (nanoPE) släpper igenom kroppens termiska IR-strålning, vilket ger passiv "strålningskylning", men detta är i huvudsak en kanal för borttagning, och inte "självreglering av isolering" under svettning.
3. Fuktighetsställdon/hygromorfa tyger ändrar form/porer när luftfuktigheten ökar, vilket utvidgar "komfortzonen" utan sladdar – riktningen mognar snabbt.

• Problemet som "smarta" tyger löser. Klädernas termiska komfort kollapsar när aktiviteten förändras snabbt: överhettning och svettning under ansträngning, hypotermi på grund av ett fuktigt lager vid stopp. Därför har adaptiva termiska/fuktiga textilier utvecklats snabbt de senaste åren, vilka justerar värmeväxlingen utan batterier och komplex elektronik. Recensioner betonar den viktigaste vektorn - dynamisk hantering av värme och fukt på fiber-/tyglagernivå.
• Varför fukt/svett är den bästa "utlösaren". Svett är den viktigaste snabba markören för överhettning: så snart den lokala fuktigheten ökar måste systemet minska det termiska motståndet (mindre "svullnader"/luftkammare) och öka avdunstningen; när det torkar ut måste isoleringen återställas. Därav idén med material som automatiskt reagerar på fukt, inte på yttre temperatur. Detta sparar energi och undviker skrymmande elektronik.
• Vad är bakteriell cellulosa och varför är den lovande? BC är en biopolymer som "odlas" av ättiksyrabakterier ( Komagataeibacter ): den bildar ett nanofibrillärt nätverk med hög vattenkapacitet, styrka, luftpermeabilitet och biokompatibilitet. Inom textil-/materialvetenskap värderas BC för sin fuktkänslighet och hållbara produktion från förnybara råvaror.
• En vetenskaplig lucka som en ny artikel täcker. De flesta passiva lösningar antingen avlägsnar värme (strålning) eller buffrar den (PCM), med svagt beaktande av att fuktigheten i sig borde "växla" isoleringen. Arbetet i Science Advances använder BC-lagret som "hjärtat" i varma kläder, vilket tunnar ut med svett (mindre luft → mindre isolering) och rätar ut sig igen när det är torrt - det vill säga, det bygger självreglerande värmeisolering baserat på kroppsfuktighet.
• Fältkontext: var passar detta in? Trenden går mot passiva, bio- och polymersystem som utökar "komfortfönstret" utan användarens energi. Bredvid dem finns: nya generationens hygromorfa ställdon (som visar en märkbar utvidgning av komfortzonen) och cellulosa-/biobaserad strålningskylning – BC passar väl in i denna "gröna" gren av personlig värmehantering.
• Praktiska konsekvenser för industrin: Om den fuktkontrollerade "fylligheten" hos BC-isolering bekräftas i bärbara tester (tvätt, slitage, lukt, justering av svarströskeln), kommer tillverkarna att ha en skalbar, biobaserad fyllning för vinter-/aktiva lager – med mindre överhettning i farten och mindre skakningar i vila. Detta kompletterar, men är inte konkurrenskraftigt, till, strålnings- och PCM-lösningar: de kan kombineras i flerskiktssystem.

Hur det fungerar

• Fyllningen av bakteriell cellulosa (BC) är ett naturligt "nät" av nanofibriller som produceras av ofarliga bakterier (som alla känner igen från tesvampar/kombucha). Detta membran är lätt, slitstarkt, andningsbart och hydrofilt – det "känner" fukt perfekt.
• När du börjar svettas ökar den lokala fuktigheten under kläderna, fiberlagret förlorar sin "svullnad" och plattas ut - mindre luft inuti → mindre isolering → det är lättare för kroppen att förlora överskottsvärme. Så fort du torkar ut rätar strukturen ut sig igen och ger tillbaka en hög nivå av värmeisolering tack vare luften mellan fibrerna. Det är en enkel passiv mekanism som arbetar på fukt, inte elektronik.

Vad författarna visade

• Anpassning till svett och fukt. I torra förhållanden bibehåller materialet en maximal tjocklek på ~13 mm, och vid hög luftfuktighet (vilket simulerar svettning) tunnar det ut till ~2 mm. På grund av denna "variabla tjocklek" förlänger prototypen avsevärt tiden för termisk komfort jämfört med konventionellt varmt tyg, särskilt när man ändrar läget "vila → belastning".
• Principen är skalbar. Författarna betonar att ”fyllningen” kan sys i olika typer av kläder – från foder till isolerande lager – och anpassas till klimatet/belastningen.

Varför är detta överhuvudtaget nödvändigt?

Klassiska varma kläder är en kompromiss: ju varmare lagret är, desto högre risk för "överhettning och svettning", och sedan överkylning på grund av det våta underplagget "minibastun". Textilier, som försvagar isoleringen vid svettning och återför den när den är torr, hjälper till att upprätthålla den "gyllene medelvägen" utan onödiga dragkedjor, ventiler och batterier. Fukt spelar en nyckelroll i människans värmehantering (värme transporteras bort genom avdunstning), så "smarta" tyger lär sig alltmer att reagera specifikt på fukt/luftfukt.

Hur skiljer sig detta från andra smarta tyger?

• Ingen elektronik. Till skillnad från aktiva system (termoelement/mjuk robotik) är det här ren materialets fysik: vått → tunnare, torrt → tjockare. Det är enklare, billigare och potentiellt mer hållbart.
• Inte "ventiler", utan "fyllighet". Tidigare erbjöds tyger med fuktventiler/porer eller med dragspelstjocklek på polymerinsatser. Nu övertas "dragspelets" roll av naturlig bakcellulosa, redan känd i medicinska förband och "gröna" textilier.
• Ekopotential. Bakteriell cellulosa är biokompatibel och biologiskt nedbrytbar, kan odlas utan bomull och olja, och dess produktion ligger i linje med den nuvarande trenden mot hållbara material.

Där detta kan vara användbart

• Vinter i stan och "kontor-gata-tunnelbana". Förändringar i aktivitet och klimat "kastar" kroppen ut i mindre värme/kyla - komforten "varar" längre.
• Bergs-/löpningsaktiviteter. Under klättringen/löpningen ventilerar tyget, och vid en rast isolerar det igen.
• Fält- och produktionsförhållanden. Ju färre rörliga delar och elektronik, desto mer tillförlitlig. (Plus plus för den låga vikten och "andningsförmågan" hos BC.)

Begränsningar

Detta är fortfarande en vetenskaplig utveckling och prototyp; den behöver fortfarande testas för vardagsbruk:

• Hållbarhet och tvättbarhet (flera cykler av vätning och torkning, "livets kemtvätt"),
• Hudkomfort och lukter vid långvarig användning,
• Ställa in svars-"trösklar" för olika klimat-/svettprofiler,
• Kostnad och skalning av odling av bakcellulosa till tygrullar. Som jämförelse: området "termoreglerande" tyger växer aktivt, men bara en del av idéerna når massmarknaden.

Slutsats

”Kläder som anpassar sig till svett” är en logisk fortsättning på ett decennium långt sökande efter fuktkänsliga och temperaturkänsliga textilier. En ny artikel i Science Advances lägger till naturlig bakteriell cellulosa i området som ”hjärtat” i adaptiv isolering och visar en stor amplitud av tjockleksförändring (13 → 2 mm) tillsammans med en ökning av termisk komforttid – utan sladdar och sensorer.

Källa: Svettkänsliga, anpassningsbara varma kläder, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472