Przemysł tekstylny stoi przed szeregiem wyzwań. Jednym z nich jest zapotrzebowanie na funkcjonalną odzież. Poszukiwanie nowych, wydajnych rozwiązań coraz bardziej angażuje różne obszary nauki. Swój znaczący wpływ na postrzeganie tekstyliów oraz sposób ich wykorzystania mają biotechnologia i nanotechnologia. Wprowadzenie innowacyjnych i niekonwencjonalnych rozwiązań jest szczególnie zauważalne w obszarach, gdzie konieczne są wyspecjalizowane środki ochrony osobistej. Mowa tu przede wszystkim o pracownikach ochrony zdrowia, laboratoriów badawczych, sektorów biotechnologii i farmacji czy przemysłu ciężkiego.

Biotechnologia i nanotechnologia w przemyśle tekstylnym

Wykorzystując organizmy żywe, enzymy i zaawansowaną inżynierię genetyczną, biotechnologia na nowo definiuje sposób produkcji, przetwarzania i wykańczania tekstyliów. Badania pokazują, że użycie bakterii, grzybów i alg do produkcji tkanin jest niezwykle obiecujące, ale biotechnologia rewolucjonizuje nie tylko materiały – znaczący wpływ ma również na projektowanie i tworzenie sensorów, które potrafią wykrywać specyficzne molekuły w pocie czy płynach ustrojowych. 

Inteligentna odzież nie powstałaby bez ścisłej współpracy biotechnologii z nanotechnologią. Nanocząstki, będące molekułami o średnicy od 1 do 100 nanometrów, nanosi się na tekstylia poprzez zanurzenie, natryskiwanie lub wytwarza bezpośrednio na powierzchniach materiałów, alternatywnie w porach włókien. Obecność nanomateriałów znacznie poprawia właściwości tekstyliów: wytrzymałość fizyczną, stabilność chemiczną, trwałość i wielofunkcyjność. Wykorzystywane są także jako czujniki do monitorowania zdrowia czy wykrywania ruchów człowieka.

Odzież do zadań specjalnych

Tkaniny nowej generacji reprezentują zmianę paradygmatu w przemyśle tekstylnym. Dążą do spełnienia współczesnych wymagań dotyczących zrównoważonego rozwoju, zaawansowanej wydajności, innowacyjnych rozwiązań i wszechstronności. Poniżej dokonano krótkiego przeglądu wybranych koncepcji, które są przykładami nowatorskich rozwiązań w branży.

Tekstylia monitorujące stan zdrowia

Inteligentne tekstylia mogą być wykorzystywane do monitorowania parametrów zdrowia danej osoby, w szerokim zakresie zastosowań w opiece zdrowotnej. Wykorzystanie szeregu czujników i biosensorów pozwala na: pomiary EKG, częstości oddechów, aktywności mięśni, tętna, poziomu stresu czy ciśnienia krwi. Biotechnologia może wzmocnić precyzję i zakres monitoringu, np. przez wykrywanie specyficznych białek związanych z wysiłkiem fizycznym czy stanem zapalnym. Umożliwia projektowanie sensorów, które wykrywają charaketrystyczne molekuły (biomarkery) obecne w pocie. Z kolei energia biomechaniczna, biochemiczna i cieplna ciała może być przekształcona na sygnały elektryczne, które są rejestrowane za pomocą czujników na bazie nanocząstek. Tekstylia monitorujące stan zdrowia są pomocne np. w monitorowaniu pooperacyjnym, zdalnej kontroli zdrowia pacjentów z chorobami przewlekłymi czy diagnozowaniu wybranych schorzeń. Równie istotną rolę odgrywają jako odzież ochronna dla grup zawodowych pracujących w wymagających warunkach: strażaków i wojskowych, lekarzy czy pracowników przemysłu ciężkiego. Odzież monitorująca może ostrzegać o przegrzaniu, odwodnieniu czy nawet odniesionych urazach.

Odzież, która pozyskuje energię z otoczenia

Jak się okazuje, ruchy ciała ludzkiego, wytwarzanie ciepła przez organizm i ciśnienie płynów są bardzo dobrymi źródłami energii odnawialnej. Naukowcy przekonują, że istnieje możliwość, aby tekstylia zbierały ją i magazynowały. Ciepłota ludzkiego ciała jest stałym źródłem energii pochodzącej z różnych procesów metabolicznych, niezależnie od aktywności fizycznej człowieka. Poprzez włączanie do tekstyliów nanomateriałów, takich jak nanodruty lub nanogeneratory, energia otoczenia może być przekształcana w energię elektryczną. Umożliwia to generowanie mocy z ruchów ciała, wibracji lub różnic temperatur, zasilanie małych urządzeń elektronicznych czy ładowanie baterii. Ponadto nanotechnologia pozwala na rozwój elastycznych i lekkich systemów magazynowania energii, takich jak baterie lub superkondensatory, które można bezproblemowo zintegrować z tekstyliami. Postęp w zbieraniu i magazynowaniu energii w tkaninach ma ogromny potencjał tworzenia samowystarczalnych i energooszczędnych technologii noszonych (z ang. wearables), które mogą działać niezależnie, w różnych środowiskach.

Tekstylia antybakteryjne

Funkcjonalne tekstylia przeciwdrobnoustrojowe można uzyskać przez połączenie materiałów włóknistych np. z enzymami bądź peptydami antybakteryjnymi. Obecnie największe znaczenie w tym obszarze mają nanocząstki. Wśród najbardziej pierwotnych antybakteryjnych nanocząstek stosowanych na powierzchniach tekstylnych znajduje się srebro i cynk. Działają jako domieszkujące środki antybakteryjne i wykazują wyjątkową aktywność bez zmiany swoich właściwości mechanicznych. Nanocząstki, będąc bardzo małe, mają bardzo dużą powierzchnię właściwą, co ostatecznie pomaga im oddziaływać z białkami bakteryjnymi i hamować wzrost ich komórek. Dominującym obszarem zastosowań odzieży antybakteryjnej jest sektor opieki zdrowotnej. Od fartuchów dentystycznych po mundury służb ratunkowych – antybakteryjna odzież robocza nie tylko chroni przed bakteriami, ale również wymaga rzadszego prania, jest czysta i bezwonna. Zwykle fartuchy medyczne, pościel i zasłony wykonane z tkanin antybakteryjnych ograniczają rozwój bakterii. Sprawiają, że środowisko jest bezpieczniejsze dla pacjentów i personelu.

Tkaniny działające jak testy narkotykowe

W ostatnich latach pojawiła się koncepcja stworzenia odzieży, której przeznaczeniem byłoby wykrywanie narkotyków. Jest to możliwe dzięki przeprowadzeniu analiz potu jako naturalnego nośnika informacji o organizmie człowieka. W tym celu należy wykorzystać sensory chemiczne i biochemiczne wbudowane we włókna. Naukowcy opracowali czujnik noszony na ciele, który może wykrywać narkotyki w pocie, wykorzystując technologię nanomateriałów, które wzmacniają sygnał optyczny do elastycznego materiału noszonego na ciele. Gdy specjalny plaster (będący elementem odzieży) wchłonie pot, substancja niedozwolona przenika do noszonego czujnika i dociera do srebrnego nanodrutu. Poprzez naświetlanie laserem Ramana narkotyk można wykryć w czasie rzeczywistym, bez usuwania czujnika.