虽然可能引发密集恐惧症,但这件MIT研发的运动衣真的会呼吸

2017-05-31 场外杨晶晶

虽然可能引发密集恐惧症,但这件MIT研发的运动衣真的会呼吸


麻省理工学院一研究团队近期研发出一种可以“呼吸”的运动衣。


这种运动衣上配有的用于通风“瓣膜”,可以根据运动员身体产生的热量和汗水自主开闭,帮助散热。这些“瓣膜”,从指甲盖大小到手指大小,周围都是由活的细胞组成,这些细胞会对周围的湿度产生反应。这些细胞相当于小型传感器和启动器,促使着“瓣膜”在出汗的时候打开,并在身体降温之后关闭。


这个研究团队还尝试在跑鞋里边安装类似的由细胞操控的“瓣膜”来排出水汽。这两个设计的细节已经在Science Advances上发布。


为什么在材料中使用活细胞?研究人员表示对水分敏感的细胞不需要额外的元素来感知水分和对水分产生反应。他们所使用的细胞也被证实对人体是安全的,可以接触,甚至可以吞食。除此之外,凭借现在的基因工程工具,细胞可以很快的、大量的制备,并且可以实现除对水分反应之外的其他功能。


为了展示细胞对水分的反应,研究团队通过设计,不仅使这些细胞可以用来打开“瓣膜”,并且可以在遇到水汽的时候发出荧光。


“我们可以将细胞和基因工程工具结合在一起,实现更多的功能,”该研究的第一作者Wen Wang说道。“我们使用荧光作为一个例子,这样的功能可以让别人看到在黑暗中跑步的你。在未来,我们可以将产生气味的功能添加到这些细胞中。这样在去完健身房之后,衣服可以散发出好闻的气味。”


Wang还有14位来自MIT的联合作者,这些研究人员擅长的领域包括机械工程、化学工程、建筑学、生物工程、时尚设计,和来自新百伦体育公司(New Balance Athletics)的研究人员。


▲ MIT为这项生物材料技术拍摄的视频


可以变形的细胞


在自然界中,生物学家发现有机生物和它们的组成材料,从松树球果到微生物细胞再到某些蛋白质,会因为湿度的变化而改变自己的结构或大小。这支MIT研究团队就设想这些可以变形的细胞,比如酵母、细菌和其他微生物细胞,可以用来制作对湿度产生反应的衣料。


“这些细胞非常强壮,它们可以牵拉涂满了细胞的衬底,使其弯曲,”Wang说道。


研究人员首先使用了非致病性大肠杆菌菌株,它们会在湿度发生变化时扩张或者缩小。他们然后将可以发绿色荧光的蛋白质植入到细胞内,使得细胞可以在感受到湿度时发光。


这之后,研究人员使用细胞印刷技术,将大肠杆菌菌株植入到粗糙、天然的橡胶中。


研究团队将大肠杆菌菌株平行印刷到两层橡胶上,然后将这个材料放到湿气变化的环境中。当把材料放到一个热盘子中晾干时,细胞开始缩小,从而使橡胶层变得卷曲。当材料接触到水汽时,细胞开始发光并开始扩大,从而使橡胶变得舒展。在进行了100次这种测试后,Wang表示材料“并没有显著的损害”。


没有汗水


研究人员将这种材料移植到衣服上,设计出后背装有橡胶“瓣膜”的跑步衣。根据人体产生的热量和汗水分布位置,研究者修改了每个“瓣膜”的大小和开口的程度。


“人们可能会认为产生热量和产生汗水是一回事,但是实际上,人体有些地方,比如脊柱下半部会产生很多汗液但是并不会产生很多热量,”Yao说道。“我们在设计这件衣服时参考了热量和汗液地图,这样可以将产生热量多的区域的“瓣膜”做得大一些。”


每个“瓣膜”下边的支撑材料可以保证这些细胞不会直接接触到皮肤,同时也可以保证这些细胞能够感觉到皮肤湿度的变化,并作出反应。在测试这件跑步衣时,参与者进行了跑步机和骑行的训练,研究人员使用小型的传感器监测这些人的体温和湿度的变化。


在运动大概5分钟后,跑步衣的“瓣膜”开始打开,这也正是测试者反馈开始感觉到热和出汗的时间。根据传感器的数据,“瓣膜”有效的将汗液排出体外和降低体温,比穿着类似跑步衣但是没有这种功能型“瓣膜”的效果更明显。


当Wang自己穿上这件衣服时,她发现这些“瓣膜”带来非常好的感受。在骑车几分钟后,她回忆道“就像在背后背了一个空调一样。”


通风的跑步鞋


研究团队也将这种材料植入到一只跑鞋里进行测试。在脚底和鞋底接触的地方,研究人员缝上了一些“瓣膜”,将布满细胞的那层对着运动员的脚——但并未直接接触。他们又根据脚部热量和出汗的情况重新设计了“瓣膜”的大小和位置。


“一开始时,我们想过把“瓣膜”放到鞋子的上部,但是我们发现脚出汗的部位并不是在脚的上部,”Wang说道。“但是脚的底部会出很多汗,这会导致一些足部疾病的产生。所以我们想到,是否可以将脚保持干爽而阻止这些疾病的产生呢?”


就跟运动衣上的“瓣膜”一样,跑步鞋里的生物材料也会在研究人员增加周围湿度时打开并发光;在干燥的环境中关闭。


在未来,研究团队希望和体育用品公司进行合作,商业化他们的设计,并且探索其他用途,包括对湿度敏感的窗帘、床单等。


“这个工作是将生物科技运用到新材料、设备和新功能设计中的一个例子,”Xuanhe Zhao说道,他是机械工程学院的副教授,也是本次研究的联合作者。“我们相信这种新型的活细胞材料和设备将会在工程和生物技术领域有重要的应用。”

 

声明:本文为懒熊体育编译自MIT News Office,原文作者为 Jennifer Chu


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