美國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)出一種透氣訓(xùn)練用運(yùn)動(dòng)服，透過(guò)內(nèi)襯活體微生物細(xì)胞的透氣袋蓋，可以因應(yīng)濕度變化而收縮與膨脹，進(jìn)而維持穿著者的涼爽與乾燥。
據(jù)麻省理工學(xué)院(MIT)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示，這些微生物細(xì)胞作為微小感應(yīng)器與促動(dòng)器，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員流汗時(shí)便會(huì)驅(qū)使袋蓋打開(kāi)，并在身體冷卻時(shí)關(guān)上。
在自然界中，生物學(xué)家已經(jīng)觀察到，當(dāng)濕度發(fā)生變化時(shí)，生物及其組成(從松果鱗片到微生物細(xì)胞，甚至特定蛋白質(zhì))都能改變其結(jié)構(gòu)或體積。MIT團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，自然形體轉(zhuǎn)換者如酵母、細(xì)菌及其他微生物細(xì)胞，可能被用作製造對(duì)濕度產(chǎn)生反應(yīng)的構(gòu)件。
研究人員首先對(duì)大腸桿菌最常見(jiàn)的非致病菌株進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其會(huì)隨著濕度變化而發(fā)生膨脹與收縮。之后該細(xì)胞被設(shè)計(jì)用來(lái)顯現(xiàn)綠色螢光蛋白質(zhì)，使細(xì)胞感受到潮濕條件而發(fā)光，并在使用細(xì)胞印刷方法將大腸桿菌印製到粗糙的天然乳膠片上。
然后將這種生物布料製成可穿戴的成衣，其中襯裡的乳膠袋蓋在背面形成圖案，且每個(gè)袋蓋按照其開(kāi)啟程度并根據(jù)預(yù)先設(shè)定身體產(chǎn)生熱能與汗水的分布，進(jìn)行位置調(diào)整。
前研究生Lining Yao與前MIT媒體實(shí)驗(yàn)室及化學(xué)工程系研究科學(xué)家Wen Wang合作執(zhí)行計(jì)畫(huà)，并將計(jì)畫(huà)稱(chēng)之為bioLoic，Lining Yao表示：「人們可能認(rèn)為熱能與汗水是一樣的，但事實(shí)上，像下嵴椎這類(lèi)會(huì)產(chǎn)生大量汗水的區(qū)域，并沒(méi)有產(chǎn)生多少熱能。我們使用熱能及汗水的位置分布重新設(shè)計(jì)了成衣，舉例來(lái)說(shuō)，身體產(chǎn)生較多熱能的部位，其袋蓋就越大」。
每個(gè)袋蓋下方的支撐框架讓布料的內(nèi)細(xì)胞層不會(huì)直接接觸到皮膚，同時(shí)，細(xì)胞能感受并對(duì)皮膚上空氣中的濕度變化做出反應(yīng)。在測(cè)試跑步服的試驗(yàn)中，研究參與者穿上該成衣，并在使用跑步機(jī)和自行車(chē)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而研究人員則運(yùn)用位于其背部的小型感應(yīng)器監(jiān)測(cè)其溫度與濕度。
運(yùn)動(dòng)5分鐘后，在參與者感受到熱氣與流汗的時(shí)候，該運(yùn)動(dòng)服的袋蓋便開(kāi)始打開(kāi)。根據(jù)感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，袋蓋能有效從身體上排除汗水并降低皮膚溫度，比穿著類(lèi)似卻無(wú)功能性袋蓋的跑步服時(shí)來(lái)說(shuō)，可更好地排除汗水與降溫。
研究人員表示，對(duì)水分敏感的細(xì)胞不需要額外的元素來(lái)感測(cè)與回應(yīng)濕度。他們所使用的微生物細(xì)胞經(jīng)證明是可安全觸碰甚至消耗的。此外，研究團(tuán)隊(duì)表示，藉由現(xiàn)在可使用的新基因工程工具，可快速并大量將細(xì)胞準(zhǔn)備好，以表現(xiàn)除了對(duì)水分有反應(yīng)以外的多種功能。
為了展示這最后一點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)製造了對(duì)水分敏感的細(xì)胞，不僅可以打開(kāi)袋蓋，也可以在潮濕情況下發(fā)光。
Wen Wang補(bǔ)充表示：「我們可以將我們的細(xì)胞與基因工具結(jié)合，將其他功能引入這些活細(xì)胞中。我們以螢光為例，在夜晚(黑暗中)跑步時(shí)別人就會(huì)看到。未來(lái)我們可以藉由基因工程與氣味釋放功能結(jié)合，所以也許在健身過(guò)后，襯衫便可散發(fā)出好聞的味道」。
同時(shí)，研究員還將濕度反應(yīng)型布料整合至跑布鞋的初始塬型中，內(nèi)層有類(lèi)似的細(xì)胞襯裡袋蓋，以便氣體排出與吸收水分。
腳底接觸鞋底的地方，研究員縫合了多個(gè)向下彎曲的袋蓋，且細(xì)胞襯裡層朝向但不接觸跑步者的腳。研究員并依據(jù)腳的熱氣與流汗位置來(lái)設(shè)計(jì)袋蓋的大小與位置。
Wen Wang解釋?zhuān)骸敢婚_(kāi)始我們的想法是將袋蓋放在鞋子的上方，但我們發(fā)現(xiàn)一般來(lái)說(shuō)人類(lèi)的腳背是不會(huì)流汗，但是腳底卻會(huì)流很多汗，這會(huì)導(dǎo)致像疣這類(lèi)的疾病。所以我們就在想，是不是有可能保持腳的乾爽并避免這些疾病發(fā)生呢?」
就跟運(yùn)動(dòng)服一樣，當(dāng)研究員增加環(huán)境中的濕度，并在乾燥條件下使燈光變暗或關(guān)掉，跑布鞋上的袋蓋就會(huì)打開(kāi)并發(fā)亮。
展望未來(lái)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)希望與運(yùn)動(dòng)服裝公司合作，將其設(shè)計(jì)商品化。
Robert N. Noyce職業(yè)發(fā)展機(jī)械工程系副教授暨研究報(bào)告共同作者Xuanhe Zhao補(bǔ)充表示：「這項(xiàng)研究是利用生物學(xué)設(shè)計(jì)新材料及設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)新功能的一個(gè)例子。我們相信這個(gè)新領(lǐng)域『活的』材料與設(shè)備，將在工程與生物系統(tǒng)相互作用之間找到重要的應(yīng)用」。
