"Een jas die 'slanker' wordt als je zweet": bacteriële cellulose leerde kleding om zelf warmte te reguleren

Science Advances beschreef een "slimme" warme stof, waarvan de vulling is gemaakt van natuurlijke bacteriële cellulose, die reageert op zweten: wanneer het vochtig is rond het lichaam, wordt het materiaal automatisch dunner, en wanneer het droog is, wordt het weer "bol" en houdt het warmte vast. In het prototype veranderde de dikte van ongeveer 13 mm (droog) naar 2 mm (vochtig), en het algemene idee is om de tijd van thermisch comfort te verlengen zonder elektronica en batterijen.

Achtergrond

Wat heb je al eerder geprobeerd:

1. Faseovergangsmaterialen (PCM's) in microcapsules 'slokken' warmte op tijdens het smelten en geven deze weer af tijdens de kristallisatie, maar werken in een nauw temperatuurbereik en reageren slecht op echt zweten.
2. Stralende stoffen op basis van nanoporeus polyethyleen (nanoPE) laten de thermische IR-straling van het lichaam door en zorgen voor passieve "stralingskoeling". Dit is echter in essentie een afvoerkanaal en geen "zelfregulerende isolatie" tijdens het zweten.
3. Vochtigheidsactuatoren/hygromorfe stoffen veranderen van vorm/poriën wanneer de luchtvochtigheid stijgt, waardoor de “comfortzone” zonder draden wordt vergroot - deze richting ontwikkelt zich snel.

• Het probleem dat 'slimme' stoffen oplossen. Het thermische comfort van kleding neemt af wanneer de activiteit snel verandert: oververhitting en zweten tijdens inspanning, onderkoeling door een vochtige laag bij het stoppen. Daarom is er de afgelopen jaren een snelle ontwikkeling geweest van adaptieve thermische/vochtgevoelige textielsoorten, die de warmtewisseling regelen zonder batterijen en complexe elektronica. Reviews benadrukken de sleutelfactor: dynamisch warmte- en vochtbeheer op het niveau van de vezel-/stoflaag.
• Waarom vochtigheid/zweet de beste "trigger" is. Zweet is de belangrijkste snelle indicator van oververhitting: zodra de lokale vochtigheid stijgt, moet het systeem de thermische weerstand verminderen (minder "zwelling"/luchtkamers) en de verdamping verhogen; wanneer het uitdroogt, moet de isolatie worden hersteld. Vandaar het idee van materialen die automatisch reageren op vochtigheid, niet op de buitentemperatuur. Dit bespaart energie en vermijdt omvangrijke elektronica.
• Wat is bacteriële cellulose en waarom is het veelbelovend? BC is een biopolymeer dat wordt "gekweekt" door azijnzuurbacteriën ( Komagataeibacter ): het vormt een nanofibrillair netwerk met een hoge watercapaciteit, sterkte, luchtdoorlaatbaarheid en biocompatibiliteit. In de textiel- en materiaalkunde wordt BC gewaardeerd om zijn gevoeligheid voor vocht en duurzame productie uit hernieuwbare grondstoffen.
• Een wetenschappelijke leemte die door een nieuw artikel wordt opgevuld. De meeste passieve oplossingen verwijderen warmte (straling) of bufferen deze (PCM), waarbij zwakjes wordt aangenomen dat vochtigheid zelf de isolatie zou moeten "schakelen". Het werk in Science Advances gebruikt de BC-laag als het "hart" van warme kleding, die dunner wordt door zweet (minder lucht → minder isolatie) en weer recht wordt als het droog is - dat wil zeggen, het bouwt zelfregulerende thermische isolatie op op basis van de lichaamsvochtigheid.
• Veldcontext: waar past dit in? De trend gaat richting passieve, bio- en polymeersystemen die het 'comfortvenster' vergroten zonder dat de gebruiker er energie voor nodig heeft. Daarnaast zijn er de nieuwe generatie hygromorfe actuatoren (die een merkbare vergroting van de comfortzone laten zien) en cellulose/biogebaseerde stralingskoeling — BC past goed in deze 'groene' tak van persoonlijk thermisch management.
• Praktische implicaties voor de industrie: Als de vochtgecontroleerde "molligheid" van BC-isolatie wordt bevestigd in tests met draagbare materialen (wassen, dragen, geurtjes, afstemming van de responsdrempel), zullen fabrikanten een schaalbare, biobased vulling voor winter-/actieve lagen hebben – met minder oververhitting onderweg en minder rillingen in rust. Dit is complementair aan, maar niet concurrerend met, stralings- en PCM-oplossingen: ze kunnen worden gecombineerd in meerlaagse systemen.

Hoe het werkt

• De bacteriële cellulose (BC) vulling is een natuurlijk "net" van nanofibrillen, geproduceerd door onschadelijke bacteriën (iedereen kent ze wel van theezwammen/kombucha). Dit membraan is licht, duurzaam, ademend en hydrofiel - het "voelt" vocht perfect.
• Wanneer je begint te zweten, neemt de lokale vochtigheid onder je kleding toe, verliest de vezellaag zijn "bolheid" en wordt platter - minder lucht binnenin → minder isolatie → het lichaam kan overtollige warmte gemakkelijker kwijtraken. Zodra je droog bent, recht de structuur zich weer op en herstelt deze een hoge thermische isolatie dankzij de lucht tussen de vezels. Het is een eenvoudig passief mechanisme dat werkt op vocht, niet op elektronica.

Wat de auteurs lieten zien

• Aanpassing aan zweet en vocht. Onder droge omstandigheden behoudt het materiaal een maximale dikte van ~13 mm, en bij hoge luchtvochtigheid (waarbij zweten wordt gesimuleerd) wordt het dunner tot ~2 mm. Dankzij deze "variabele dikte" verlengt het prototype de tijd van thermisch comfort aanzienlijk in vergelijking met conventionele warme stoffen, vooral bij het wijzigen van de "rust → belasting"-modus.
• Het principe is schaalbaar. De auteurs benadrukken dat de 'vulling' in verschillende soorten kleding kan worden genaaid – van voeringen tot isolatielagen – en kan worden aangepast aan het klimaat/de belasting.

Waarom is dit überhaupt nodig?

Klassieke warme kleding is een compromis: hoe warmer de laag, hoe groter het risico op "oververhitting en zweten", en vervolgens op oververhitting door het natte ondergoed (een "mini-sauna"). Textiel, dat de isolatie verzwakt tijdens het zweten en deze weer herstelt wanneer het droog is, helpt de "gulden middenweg" te behouden zonder onnodige ritsen, ventielen en batterijen. Vocht speelt een belangrijke rol in het warmtebeheer van de mens (warmte wordt afgevoerd door verdamping), dus "slimme" stoffen leren steeds beter om specifiek te reageren op vocht/vochtigheid.

Hoe verschilt dit van andere slimme stoffen?

• Geen elektronica. In tegenstelling tot actieve systemen (thermo-elementen/zachte robotica) is hier sprake van pure materiaalfysica: nat → dunner, droog → dikker. Het is eenvoudiger, goedkoper en potentieel duurzamer.
• Geen "kleppen", maar "molligheid". Voorheen werden stoffen aangeboden met vochtkleppen/poriën of met een accordeondikte op polymeerinzetstukken. Nu wordt de rol van de "accordeon" overgenomen door natuurlijke bakcellulose, al bekend in medische verbanden en "groen" textiel.
• Ecologisch potentieel. Bacteriële cellulose is biocompatibel en biologisch afbreekbaar, kan worden verbouwd zonder katoen en olie en de productie ervan past in de huidige trend naar duurzame materialen.

Waar dit nuttig kan zijn

• Winter in de stad en op kantoor, op straat en in de metro. Veranderingen in activiteit en klimaat zorgen ervoor dat het lichaam minder snel last heeft van warmte of kou - het comfort blijft langer.
• Berg-/hardloopactiviteiten. Tijdens het klimmen/hardlopen ventileert de stof, en bij een rustpauze isoleert hij weer.
• Veld- en productieomstandigheden. Hoe minder bewegende onderdelen en elektronica, hoe betrouwbaarder. (Pluspunten zijn het lichte gewicht en het "ademende" vermogen van het trimjacket.)

Beperkingen

Het betreft hier nog een wetenschappelijke ontwikkeling en een prototype; het moet nog getest worden voor dagelijks gebruik:

• Duurzaamheid en wasbaarheid (meerdere cycli van bevochtigen en drogen, "chemisch reinigen van het leven"),
• Huidcomfort en geurtjes bij langdurig dragen,
• Het instellen van de responsdrempels voor verschillende klimaat-/zweetprofielen,
• Kosten en schaalvergroting van de teelt van bakcellulose tot rollen stof. Ter vergelijking: het veld van "thermoregulerende" stoffen groeit actief, maar slechts een deel van de ideeën bereikt de massamarkt.

Conclusie

"Kleding die zich aanpast aan zweet" is een logisch vervolg op een decennialange zoektocht naar vocht- en temperatuurgevoelige textielsoorten. Een nieuw artikel in Science Advances voegt natuurlijke bacteriële cellulose toe aan het vakgebied als het "hart" van adaptieve isolatie en toont een grote amplitude van dikteverandering (13 → 2 mm) aan, samen met een toename van de thermische comforttijd - zonder draden en sensoren.

Bron: Zweetgevoelige adaptieve warme kleding, Science Advances (AAAS), 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu3472