Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un traje de entrenamiento "transpirable" cuyos respiraderos se abren y cierran en respuesta al calor corporal y al sudor del atleta. Las válvulas están revestidas con células microbianas vivas que se contraen y se expanden en respuesta a los cambios de humedad. Las células actúan como pequeños sensores y actuadores: abren las aletas cuando el atleta comienza a sudar y las cierran cuando el cuerpo se ha enfriado. Además del traje, los científicos también desarrollaron zapatillas con una capa interna de válvulas celulares similares para liberar aire y humedad.
¿Por qué usar células en tejidos sensibles? Los investigadores sostienen que las células sensibles a la humedad no necesitan elementos adicionales para percibir y responder a la humedad. También se ha demostrado que el uso de células microbianas es seguro para el contacto con la piel. Además, gracias a las herramientas de ingeniería genética disponibles en la actualidad, puede preparar muy rápidamente una gran cantidad de células para que puedan realizar diversas funciones además de la reacción a la humedad.
Para demostrar esta capacidad, los investigadores desarrollaron células sensibles a la humedad que no solo abren las cúspides, sino que también se iluminan en respuesta a los cambios en la humedad. Utilizando los métodos de la genética, los investigadores agregaron fluorescencia, y en la oscuridad se notará la silueta de una persona corriendo ... En el futuro, los científicos podrán combinar las capacidades de las células con la función de extracción de olores: después de visitar el gimnasio, la camisa o camiseta del atleta tendrá un olor dulce.
En la naturaleza, los biólogos han observado que los seres vivos y sus elementos estructurales, desde escamas hasta células microbianas e incluso proteínas específicas, pueden cambiar su estructura o volumen en respuesta a los cambios en la humedad. El equipo del MIT ha planteado la hipótesis de que los transductores de forma natural, como la levadura, las bacterias y otras células microbianas, pueden usarse como bloques de construcción para crear tejido sensible a la humedad.
Estas células son tan fuertes que pueden doblar el sustrato sobre el que se aplican. Al principio, los investigadores trabajaron con la cepa no patógena más común de E. coli (E. coli), que se hinchó y encogió en respuesta a un cambio en la humedad. También diseñaron células para expresar la proteína verde fluorescente, permitiendo que la célula brille cuando detecta un cambio en la humedad.
Utilizando el método de impresión celular, el equipo aplicó líneas paralelas de células E. coli a láminas de látex, haciendo agujeros en el tejido en condiciones de alta humedad. Al secarse en una estufa eléctrica, las células se contrajeron, girando la capa superior de látex, las células brillaron y se expandieron en vapor de agua, alineando el látex. Según los científicos, después de un centenar de tales ciclos, la capa con células y el tejido en su conjunto prácticamente no se desgastaron.
En el desarrollo de la ropa, los investigadores trabajaron con biomaterial, diseñando un traje de correr con válvulas celulares de látex cosidas en la parte posterior del traje. Determinaron el tamaño de cada colgajo, así como el grado de apertura, basándose en imágenes del cuerpo humano con zonas de calor y sudor depositadas sobre ellos.
El equipo de investigación se centra en el hecho de que no todas las partes del cuerpo producen calor y sudor de la misma manera. Entonces, por ejemplo, se genera mucho sudor en la parte inferior de la columna, pero no mucho calor. Los científicos rediseñaron la ropa usando estas "tarjetas": donde el cuerpo produce más calor, las aletas aumentaron.
Los marcos de soporte debajo de cada colgajo de látex evitan que la capa interna de tejido entre en contacto directo con la piel, pero al mismo tiempo, las células pueden detectar y responder a los cambios en la humedad del aire, ubicados directamente sobre la piel. En los ensayos para probar el traje de correr, los participantes se pusieron ropa y practicaron en cintas de correr y bicicletas. Los investigadores monitorearon la temperatura y la humedad de los sujetos de prueba usando pequeños sensores en sus espaldas.
Después de cinco minutos de ejercicio, las solapas del traje comenzaron a abrirse justo en el momento en que los participantes en el experimento informaron la liberación de sudor y una sensación de calor. Los sensores mostraron que los amortiguadores eliminaban efectivamente el sudor y bajaban la temperatura corporal, a diferencia de un traje de correr similar con válvulas no funcionales.
Los científicos del MIT también han integrado un tejido sensible a la humedad en un zapato prototipo crudo. Cuando el pie toca la plantilla del zapato, los investigadores cosieron varias válvulas, dobladas. La capa celular está orientada hacia la pierna del corredor, pero no la toca. Al desarrollar zapatillas de deporte, también se centraron en las tarjetas de calor y sudor del pie y las cuadrículas dimensionales estándar.
Al igual que con el chándal, las aletas de las zapatillas deportivas se abrieron e iluminaron a medida que los investigadores aumentaron la humedad en la habitación. En condiciones secas, la luminiscencia cesó, las aletas se cerraron.
Los investigadores tienen la intención de colaborar con empresas de ropa deportiva para comercializar sus proyectos. Un equipo de científicos está explorando otras áreas de aplicación de tecnología, incluyendo cortinas impermeables, pantallas y sábanas. Además, están interesados en repensar el embalaje de los productos. El concepto de una segunda piel podría dar una nueva vida a los envases flexibles.
doi:
10.1126 / sciadv.1601984