MIT hat atmungsaktive Kleidung und Schuhe für den Sport entwickelt

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    Ein Forscherteam am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen Trainingsanzug entwickelt, dessen Entlüftungsventile als Reaktion auf die Körperwärme und den Schweiß des Athleten geöffnet und geschlossen werden. Die Ventile sind mit lebenden mikrobiellen Zellen ausgekleidet, die als Reaktion auf Feuchtigkeitsänderungen schrumpfen und sich ausdehnen. Die Zellen fungieren als winzige Sensoren und Aktoren: Sie zwingen die Klappen, sich zu öffnen, wenn der Athlet zu schwitzen beginnt, und schließen sie, wenn der Körper kalt ist. Neben dem Anzug entwickelten die Wissenschaftler auch Turnschuhe mit einer Innenschicht aus ähnlichen Zellklappen zur Luft- und Feuchtigkeitsfreisetzung.

    Warum Zellen in empfindlichen Geweben verwenden? Die Forscher sagen, dass feuchtigkeitsempfindliche Zellen keine zusätzlichen Elemente zum Erfassen und Reagieren auf Feuchtigkeit benötigen. Es ist auch erwiesen, dass die Verwendung mikrobieller Zellen für Hautkontakt sicher ist. Darüber hinaus können dank der heute verfügbaren gentechnischen Hilfsmittel sehr viele Zellen sehr schnell aufbereitet werden, so dass sie neben der Reaktion auf Feuchtigkeit verschiedene Funktionen ausführen können.


    Um diese Fähigkeit zu demonstrieren, haben Forscher feuchtigkeitsempfindliche Zellen entwickelt, die nicht nur die Ventile öffnen, sondern auch auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit hinweisen. Mit Hilfe genetischer Techniken fügten die Forscher Fluoreszenz hinzu, und im Dunkeln wird die Silhouette einer laufenden Person spürbar ... In Zukunft können Wissenschaftler die Fähigkeiten von Zellen mit der Geruchsfunktion kombinieren: Nach dem Besuch eines Fitnessstudios riecht ein Athletenhemd oder T-Shirt süß.

    In der Natur haben Biologen beobachtet, dass Lebewesen und die Elemente ihrer Struktur, von Schuppen bis hin zu Mikrobenzellen und sogar bestimmten Proteinen, ihre Struktur oder ihr Volumen als Reaktion auf Feuchtigkeitsänderungen ändern können. Ein Team des MIT stellte die Hypothese auf, dass natürliche Formwandler wie Hefe, Bakterien und andere mikrobielle Zellen als Bausteine ​​zur Erzeugung feuchtigkeitsempfindlichen Gewebes verwendet werden können.

    Diese Zellen sind so stark, dass sie das Substrat, auf das sie aufgetragen werden, biegen können. Zunächst arbeiteten die Forscher mit dem häufigsten nicht-pathogenen E. coli-Stamm (Escherichia coli), der als Reaktion auf Feuchtigkeitsänderungen anschwoll und schrumpfte. Sie konstruierten zusätzlich Zellen, um ein grün fluoreszierendes Protein zu exprimieren, das die Zelle zum Leuchten bringt, wenn sie eine Änderung der Feuchtigkeit wahrnimmt.

    Mit dem Zelldruckverfahren brachte das Team parallele Linien von E. coli-Zellen auf Latexfolien auf und bohrte bei hoher Luftfeuchtigkeit Löcher in das Gewebe. Beim Trocknen auf einer elektrischen Platte schrumpften die Zellen, wobei die obere Latexschicht auf einem wässrigen Paar gedreht wurde. Die Zellen glühten und dehnten sich aus und glätteten den Latex. Nach einhundert solcher Zyklen waren die Zellschicht und das Gewebe als Ganzes fast nicht abgenutzt.

    Bei der Entwicklung von Bekleidung arbeiteten die Forscher mit einem Biomaterial und entwarfen einen Laufanzug mit in den Rücken des Anzugs genähten Zellklappen aus Latex. Sie legten die Größe jeder Klappe sowie den Grad ihrer Offenheit auf der Grundlage von Bildern des menschlichen Körpers fest, auf denen sich Wärme und Schweiß ablagerten.

    Ein Forscherteam konzentriert sich darauf, dass nicht alle Körperteile Wärme und Schweiß gleichermaßen produzieren. Beispielsweise wird im unteren Teil der Wirbelsäule viel Schweiß produziert, jedoch nicht sehr viel Wärme. Wissenschaftler haben Kleidung mit Hilfe dieser "Karten" neu gestaltet: Wo der Körper mehr Wärme produziert, nehmen die Klappen zu.

    Stützrahmen unter jedem Latexstück halten die innere Gewebeschicht vor direktem Kontakt mit der Haut, gleichzeitig können die Zellen jedoch Änderungen der Luftfeuchtigkeit erkennen und darauf reagieren, da sie direkt über der Haut liegen. Bei Tests zum Testen eines Laufanzuges trugen die Teilnehmer Kleidung und wurden auf Laufbändern und Fahrrädern trainiert. Die Forscher beobachteten die Temperatur und Feuchtigkeit der Körper der Probanden mit kleinen Sensoren auf dem Rücken.

    Nach fünf Minuten Bewegung begannen sich die Klappen des Anzugs gerade in dem Moment zu öffnen, in dem die Versuchsteilnehmer über Schwitzen und ein Gefühl der Wärme berichteten. Sensoren zeigten, dass die Dämpfer im Gegensatz zu einem ähnlichen Laufanzug mit nicht funktionsfähigen Ventilen effektiv Schweiß abschwächten und die Körpertemperatur senkten.

    Wissenschaftler des MIT haben auch feuchtigkeitsempfindliche Stoffe in einen groben Prototyp von Schuhen integriert. Dort, wo der Fuß die Innensohle des Schuhs berührt, nähten die Forscher einige Klappen und bückten sich. Die Zellschicht ist dem Bein des Läufers zugewandt, berührt es jedoch nicht. Bei der Entwicklung von Turnschuhen konzentrierten sie sich auch auf Fußwärme- und Schweißkarten sowie Standardabmessungen.

    Wie beim Trainingsanzug öffneten sich die Klappen der Laufschuhe und wurden hervorgehoben, als die Forscher die Luftfeuchtigkeit im Raum erhöhten. Unter trockenen Bedingungen hörte das Glühen auf, die Fensterläden wurden geschlossen.

    Forscher beabsichtigen, mit Sportbekleidungsherstellern zusammenzuarbeiten, um ihre Projekte zu vermarkten. Eine Gruppe von Wissenschaftlern erforscht andere Bereiche der Technik, darunter wasserdichte Vorhänge, Lampenschirme und Betttücher. Darüber hinaus sind sie daran interessiert, die Verpackung von Waren zu überdenken. Das Konzept einer zweiten Haut könnte der flexiblen Verpackung ein neues Leben geben.

    doi: 10.1126 / sciadv.1601984

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