纳豆生物复合材料——让运动服变成“第二皮肤” 罗天越17302010083 来自麻省理工学院的研究团队 Biologic发现一种叫纳豆枯草芽孢杆菌的细 菌和松果一样,可以根据空气的湿度自动膨胀和收缩,湿度越大,它膨胀得就 越大。因此,利用这个原理, Biologic与设计师合作,发明了一种称为“第二 皮肤”的新式服装,它可以根据穿着者体温和湿度的增加而变得更加透气。 技术原理 1.什么是纳豆枯草芽孢杆菌 纳豆枯草芽孢杆菌简称纳豆菌,产自纳豆。在日本这种微生物被用 于发酵食品,如纳豆。纳豆菌是一类好氧型、内生抗逆胞子的杆状细 菌,自身没有致病性,只具有单层细胞外膜,能产生多种抗菌素和酶, 具有广谱抗菌活性和极强的抗逆能力。 图表1纳豆 2.纳豆菌的特性 纳豆菌生活在千燥的水稻秸秆,对周围的湿度、水分和热量十分敏 感。当周围环境改变时,纳豆菌的蛋白质、纤维素、DNA会作出相应的 反应,从而改变纳豆菌自身的大小和形状(单个细胞的大小最多可改变 50%)。并且经过试验测试得知,这种细菌在受到水分和热量双重条件下 才会扩张和收缩。 图表2纳豆菌
纳豆生物复合材料——让运动服变成“第二皮肤” 罗天越 17302010083 来自麻省理工学院的研究团队 BioLogic 发现一种叫纳豆枯草芽孢杆菌的细 菌和松果一样，可以根据空气的湿度自动膨胀和收缩，湿度越大，它膨胀得就 越大。因此，利用这个原理，BioLogic 与设计师合作，发明了一种称为“第二 皮肤”的新式服装，它可以根据穿着者体温和湿度的增加而变得更加透气。 一、 技术原理 1. 什么是纳豆枯草芽孢杆菌 纳豆枯草芽孢杆菌简称纳豆菌，产自纳豆。在日本这种微生物被用 于发酵食品，如纳豆。纳豆菌是一类好氧型、内生抗逆胞子的杆状细 菌，自身没有致病性，只具有单层细胞外膜，能产生多种抗菌素和酶， 具有广谱抗菌活性和极强的抗逆能力。 图表 1 纳豆 2. 纳豆菌的特性 纳豆菌生活在干燥的水稻秸秆，对周围的湿度、水分和热量十分敏 感。当周围环境改变时，纳豆菌的蛋白质、纤维素、DNA 会作出相应的 反应，从而改变纳豆菌自身的大小和形状（单个细胞的大小最多可改变 50％）。并且经过试验测试得知，这种细菌在受到水分和热量双重条件下 才会扩张和收缩。 图表 2 纳豆菌
3.纳豆菌的制备和利用 BioLogic团队开发了一种微解析度3D生物打印机,可以将纳豆细 胞直接打印到氨纶织物中。这种打印技术将细菌细胞层建立在乳胶的内 部,在下方接触皮肤那一层则为支撑性的框架结构,允许内部细胞层感 知皮肤的湿度和温度。将生物复合的乳胶-细胞材料制成服装的“襟 翼”,襟翼根据人体的汗水和热度的分布设计,具有不同的大小,分散在 服装背部。 图表3生物打印和组装图片来源:MT 图表4据身体的汗水和热量图谱计算出的“襟翼”分布(图片来源:MT 在这种“第二层皮肤”内部,活的纳豆细胞执行了传感器和致动器 的双重功能,它们不需要任何外力,即可感知周围的湿度和热量,从而 影响到细菌层的排列和收缩,当服装穿着者出汗时,杆菌的收缩变化可 以驱动襟翼的张开,使汗液能够得到良好的蒸发,当主体冷却后,会驱 动襟翼的关闭,从而形成服装中的“自动通风口”。 图表5皮肤出汗后展开的襟翼(图片来源:MT〕
3. 纳豆菌的制备和利用 BioLogic 团队开发了一种微解析度 3D 生物打印机，可以将纳豆细 胞直接打印到氨纶织物中。这种打印技术将细菌细胞层建立在乳胶的内 部，在下方接触皮肤那一层则为支撑性的框架结构，允许内部细胞层感 知皮肤的湿度和温度。将生物复合的乳胶-细胞材料制成服装的“襟 翼”，襟翼根据人体的汗水和热度的分布设计，具有不同的大小，分散在 服装背部。 图表 3 生物打印和组装(图片来源：MIT) 图表 4 据身体的汗水和热量图谱计算出的“襟翼”分布(图片来源：MIT) 在这种“第二层皮肤”内部，活的纳豆细胞执行了传感器和致动器 的双重功能，它们不需要任何外力，即可感知周围的湿度和热量，从而 影响到细菌层的排列和收缩，当服装穿着者出汗时，杆菌的收缩变化可 以驱动襟翼的张开，使汗液能够得到良好的蒸发，当主体冷却后，会驱 动襟翼的关闭，从而形成服装中的“自动通风口”。 图表 5 皮肤出汗后展开的襟翼(图片来源：MIT)
技术应用 除了用这种生物复合材料制作生物运动服以外,研究人员还设计了 款基于上述科技的通风跑鞋原型。在鞋子与脚底接触的鞋底中,研究 人员设置了多个可以向下弯曲的折翼,极大程度地解决了鞋子“捂脚” 的问题。此外,研究人员正在与某些体育品牌合作将这种革命性的材料 广泛的融入专业运动员或消费者的运动服饰中,以提升其运动能力。 除此之外,研究团队还展示了这种3D打印纳豆菌的其它日常用途: 比如诸如了纳豆菌的茶包标签,可以被热水蒸汽激活,指示该茶叶可以 喝了;再如将其与花卉杂交,就可以使它们在接触到类似太阳的热量的 时候打开和关闭花瓣,甚至改变颜色;而可以根据灯泡的热度变形的3D 打印纳豆菌灯罩,能够影响光线在房间里的分布。 三、技术优缺点 优点: 研究表明纳豆菌是有着非常优良的生命力,不需要刻意维护。研究人 员通过人为的条件对其进行100次张开/闭合的测试后,织物和细菌 细胞层的整体性能“没有显著下降”。 2.研究证明,这些纳豆菌是安全的,并且由于现在的基因工程手段,我 们可以轻而易举的使其实现规模化的生产。 3.这种生物材料来源广泛,并且成本并不高昂,也没有二次环境的污 4.由于这种细菌本身具有生命,所以拥有很强的适应性,在某些方面可 以实现许多电子产品等无法实现的功能。 缺点: 1.不够美观 2.随着人们对服装功能面料的安全性、健康性的要求越来越高,这种以 活细菌为原料之一复合面料也许不会让大多数人轻易接受
二、 技术应用 除了用这种生物复合材料制作生物运动服以外，研究人员还设计了 一款基于上述科技的通风跑鞋原型。在鞋子与脚底接触的鞋底中，研究 人员设置了多个可以向下弯曲的折翼，极大程度地解决了鞋子“捂脚” 的问题。此外，研究人员正在与某些体育品牌合作将这种革命性的材料 广泛的融入专业运动员或消费者的运动服饰中，以提升其运动能力。 除此之外，研究团队还展示了这种 3D 打印纳豆菌的其它日常用途： 比如诸如了纳豆菌的茶包标签，可以被热水蒸汽激活，指示该茶叶可以 喝了；再如将其与花卉杂交，就可以使它们在接触到类似太阳的热量的 时候打开和关闭花瓣，甚至改变颜色；而可以根据灯泡的热度变形的 3D 打印纳豆菌灯罩，能够影响光线在房间里的分布。 三、 技术优缺点 优点： 1. 研究表明纳豆菌是有着非常优良的生命力，不需要刻意维护。研究人 员通过人为的条件对其进行 100 次张开/闭合的测试后，织物和细菌 细胞层的整体性能“没有显著下降”。 2. 研究证明，这些纳豆菌是安全的，并且由于现在的基因工程手段，我 们可以轻而易举的使其实现规模化的生产。 3. 这种生物材料来源广泛，并且成本并不高昂，也没有二次环境的污 染。 4. 由于这种细菌本身具有生命，所以拥有很强的适应性，在某些方面可 以实现许多电子产品等无法实现的功能。 缺点： 1. 不够美观。 2. 随着人们对服装功能面料的安全性、健康性的要求越来越高，这种以 活细菌为原料之一复合面料也许不会让大多数人轻易接受