Wyobraźmy sobie podróżnika, który samotnie przedziera się przez południowoamerykańską dżunglę. Na skutek zmiany klimatu i strefy czasowej jego organizm nie funkcjonuje prawidłowo. Dostaje coraz wyższej gorączki, a wydzielane przez ciało substancje jednoznacznie wskazują na początek infekcji, którą złapał prawdopodobnie jeszcze w samolocie. Zanim jednak choroba ostatecznie go powali, umieszczone w stroju wędrowca stosowne czujniki nie tylko wykryją wzrastającą ciepłotę ciała, ale i zidentyfikują atakujące go bakterie. Sensory podniosą alarm, a komputer osobisty dobierze odpowiednie do choroby leczenie i nakaże podróżnikowi odpoczynek. Po kilku dniach spędzonych w indiańskiej wiosce nasz bohater będzie mógł ponownie ruszyć na szlak.

POŚCIEL DLA SERCA

To przyszłość, ale nie tak odległa, jak mogłoby się wydawać. Ubrania, które monitorują akcję serca czy analizują chemiczny skład ludzkiego potu, powstają już w europejskich laboratoriach w ramach programu „Smart Fabrics, Interactive Textile – SFIT” (Inteligentne włókna, interaktywne materiały). Oto przykład: tkaniny z serii My Heart. Naukowcy wpletli w nie cienkie jak włos elektrody, zbierające dane na temat pracy serca. Można z tych tkanin uszyć koszulki lub pościel. Dzięki temu da się kontrolować akcję serca człowieka 24 godziny na dobę. Uzyskane w ten sposób informacje trafiają do specjalnego mikrokomputera, który może przesłać je dalej, na przykład do lekarza.

W podobny sposób działają delikatne czujniki opracowane w ramach projektu Context, które mierzą poziom chronicznego przeciążenia mięśni i ścięgien. Powstające wskutek tego urazy są częste u pracowników linii montażowych oraz osób piszących na klawiaturze komputera. Stworzona przez naukowców koszulka alarmuje, gdy podejmowany przez człowieka wysiłek jest dla niego zbyt wielki.

LABORATORIUM W MAJTKACH

Uczeni z projektu BIOTEX poszli o krok dalej. Stworzyli kilka zupełnie nowatorskich biosensorów, które wplecione w materiał bielizny są w stanie na przykład z kropelki potu odczytać poziom elektrolitów w organizmie. Inny czujnik mierzy pH potu, a jego kolor zmienia się w zależności od otrzymanego wyniku.

Co ciekawe, te biosensory nie są pomniejszoną wersją istniejącej od lat technologii. Laboratoria w bieliźnie są bardziej samowystarczalne. Wiele chemicznych czy biochemicznych reakcji wykorzystywanych w normalnych badaniach nie da się odwrócić, zapas odczynników do ich przeprowadzania trzeba odnawiać za każdym razem. Jednak kiedy monitoruje się czyjeś zdrowie bez przerwy za pomocą „inteligentnego” ubrania – nie można tego robić. Dlatego na potrzeby BIOTEKSU zbudowano nowatorskie sensory, które są zdolne odwrócić przeprowadzone reakcje i co też ważne – dawać wiarygodne wyniki w przypadku, gdy użyta do badań próbka jest doprawdy niewielka.

Dlatego w ramach programu BIOTEX stworzono też coś w rodzaju mikropompy, która zbiera cząsteczki potu z ciała człowieka i przenosi je dalej, do obszaru gdzie znajdują się czujniki, które przeprowadzają stosowne analizy. Na razie te nowatorskie wynalazki zostały wykorzystane do testów na osobach otyłych, cukrzykach oraz sportowcach, przynosząc za każdym razem wiarygodne wyniki.

 

PROTOTYPY KOTOVA

Jednak z niektórymi stosowanymi obecnie przez naukowców materiałami mogą być problemy. Przy produkcji inteligentnych tekstyliów wykorzystuje się teraz włókna metalowe oraz światłowody. Są one delikatne, a metal może korodować. Naukowcy znaleźli na to sposób. – Połączyliśmy dwa rodzaje materiałów: jeden naturalny i drugi stworzony dzięki nanotechnologii – mówi prof. Nicholas Kotov z amerykańskiego University of Michigan.

Jego prototypowe superwłókno powstało przez kilkakrotne zanurzenie bawełnianej nici grubości 1,5 mm w wodzie zawierającej nanorurki węglowe, a potem w etanolu ze specjalnym lepkim polimerem. – To było bardzo proste. Już po paru powtórzeniach całej tej procedury zwykła bawełna zyskała zdolność przewodzenia prądu, ponieważ nanorurki mają właściwości przewodzące – mówi Kotov. Po podłączeniu baterii do tak spreparowanej nici, naukowcom udało się zasilić diodę.

Następnie naukowcy nauczyli nowe włókno wykrywać obecność krwi: dodali do roztworu z nanorurkami antyalbuminę. Reaguje ona z albuminą – białkiem obecnym w ludzkiej krwi. Kiedy wzbogacony o antyalbuminę materiał wystawiono na działanie albuminy – jego zdolność przewodzenia znacznie wzrosła. Oznacza to, że strój z dodatkiem takich włókien będzie mógł uratować komuś życie. Wyobraźmy sobie nieprzytomnego, pokiereszowanego przez zawalone ściany budynku strażaka lub rannego policjanta. Nie mogą wezwać pomocy, ale zrobi to za nich wykonany z wyczulonej na krew tkaniny uniform, który wyśle sygnał SOS przy pomocy telefonu komórkowego.

KOMFORTOWA ZBROJA

Stroje zrobione z „inteligentnych” materiałów mogą nie tylko monitorować stan zdrowia noszącego je człowieka: mogą też w razie potrzeby stać się zbroją, która ochroni go przed groźnym uderzeniem. W tym przypadku trudno jednak mówić o superwłóknach, bowiem nie są to już nawet tkaniny: to raczej nanomateriały. Jednym z nich jest polimer d3o, wyprodukowany przez brytyjską firmę o tej samej nazwie. Składa się z inteligentnych molekuł, które w normalnych warunkach tworzą elastyczną masę. Jednak kiedy uderzymy w niego choćby młotkiem, to staje się twardy jak stal. Można go wykorzystać do produkcji ochronnych kombinezonów, np. dla rowerzystów, którym zdarzają się przecież czasami bardzo niebezpieczne upadki.

Zastosowań d3o są tysiące – Tore Christian B. Storholmen z SINTEF-u, największej skandynawskiej organizacji badawczej, wymyślił, by wyłożyć nim kask.

Opracował już prototyp takiego nakrycia głowy, które byłoby przezroczyste i miało kształt czapki bejsbolówki. – Mam brata, który pracuje w przemyśle budowlanym. Mówił mi, że wielu ludzi uważa istniejące hełmy ochronne za niewygodne. Chciałem zrobić kask, który będzie się dobrze nosić – mówi Storholmen. Kask opracowany przez Szweda jest wyjątkowo wygodny, bo po zabsorbowaniu energii uderzenia spadającego na głowę kawałka blachy czy deski, wyścielający hełm materiał znów staje się miękki i elastyczny.

O inteligentnych tkaninach marzyli od dawna pisarze s.f. Nanomateriały, takie jak ten przedstawiony powyżej, występują w powieści „Diamentowy Wiek” Neala Stephensona. W tej samej powieści autor opisał też tkaniny samoczyszczące: wynalazek, który spowodowałby prawdziwy przewrót w naszych codziennych przyzwyczajeniach. Patrząc na obiecujące wyniki prac naukowców z laboratoriów na całym świecie, możemy podejrzewać, że ten przewrót jest już blisko.

Jedną z takich samopiorących się supertkanin jest bawełna opracowana przez Chińczyków pod kierunkiem prof. Johna X. Xina z politechniki w Hongkongu. Materiał pokryto drobinami nanokrystalicznego dwutlenku tytanu (TiO2). Związek ten ma silne właściwości antybakteryjne oraz fotokatalityczne: to znaczy pod wpływem światła zachodzą w nim reakcje chemiczne. Po kilku godzinach na słońcu pokryte TiO2 włókna będą całkowicie pozbawione mikrobów, zaś po 20 godzinach znikają z nich plamy z czerwonego wina lub kawy.

 

WIRUJĄCE ENZYMY

Ping Wang z University of Minnesota w St Paul wymyślił inny sposób uzyskiwania samoczyszczącego się materiału. Za pomocą tzw. metody powlekania obrotowego (ang. spin coating) udało się mu przyczepić do plastikowej powierzchni cieniutką warstewkę enzymów używanych w proszkach do prania.

Na czym polega metoda powlekania obrotowego? Otóż na krążku np. plastiku umieszcza się sporą porcję dowolnego roztworu. Tarcza zaczyna się kręcić z ogromną prędkością. Dzięki działaniu siły odśrodkowej substancja rozsmarowuje się po całej powierzchni krążka, tworząc warstwę równej grubości. Jak jednak przerobić kawałek plastiku na tkaninę? Naukowcy twierdzą, że można będzie go pociąć na cieniutkie paski, a pozyskane w ten sposób włókna wpleść w materiał, albo po prostu wykorzystać metodę powlekania obrotowego do pokrycia enzymami gotowego już płótna.

Uszyte z takiej tkaniny spodnie czy sukienka mogłyby zacząć rozkładać plamę, na przykład z trawy, w chwili kiedy się ona pojawi. Na dodatek stroje miałyby też właściwości antybakteryjne. Mogłyby unieszkodliwiać mikroby przez rozpuszczanie białek obecnych na ich powierzchni.

Także przy pomocy metody powlekania obrotowego, lub po prostu zanurzania poszczególnych włókien w odpowiednim roztworze, swój samooczyszczający się materiał zamierza wyprodukować amerykańska marynarka. Jednak naukowcy z Naval Research Laboratory’s Center for Bio/Molecular Science and Engineering chcą, by ich materiał miał nieco inne zastosowanie: pomagał walczyć z zanieczyszczeniami chemicznymi, z którymi żołnierze mogą się zetknąć na polu walki lub podczas wykonywania misji w skażonych rejonach. Enzymy okrywające stworzone przez wojskowych tkaniny będą walczyć z pestycydami, na przykład niezwykle groźną dla ludzkiego zdrowia neurotoksyną – parationem metylu. I mimo że warstewka enzymu okrywająca każde z włókien ma zaledwie 500 nanometrów, materiał można wielokrotnie prać bez utraty jego niezwykłych właściwości.

Kiedyś ubrania służyły tylko do okrywania ciała, potem zaczęły też służyć ozdobie. Teraz, dzięki postępowi naukowemu, zyskają wiele nowych funkcji. Będą monitorować funkcjonowanie organizmu, wysyłać sygnały alarmowe, chronić przed groźnymi substancjami i uderzeniami. Będą się też same oczyszczać i wszyscy na tym zyskamy – może z wyjątkiem właścicieli pralni i producentów proszków do prania.