基于宇航服技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)布料保持嬰兒舒適

Temperature-Regulating Fabrics Keep Babies Comfortable

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）最初為使宇航員在太空中保持舒適而開發(fā)的相變材料技術(shù)，目前已應(yīng)用于幫助剛出生的嬰兒保持舒適。

宇航服一般都可隔絕外部溫度，其多層隔熱材料一方面可保護(hù)宇航員不受太空極端溫度的傷害，另一方面也可保持宇航員的體溫。假如沒(méi)有宇航服對(duì)宇航員的體溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，宇航員很快就會(huì)感到不適。20世紀(jì)80年代，NASA研究出一種管理宇航服內(nèi)熱量的方法——使用相變材料（PCMs）。

像飲料中的冰塊一樣，相變材料在從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的相變過(guò)程中持續(xù)吸收熱量，而當(dāng)其處于溫度更低的環(huán)境中時(shí)，其可從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，同時(shí)釋放熱量。這一方法的關(guān)鍵是找到合適的相變材料，一是其比熱容要比水高，熱轉(zhuǎn)換速度更快；二是其相變溫度也要恰好為讓人感到舒適的溫度；此外，其還必須具備無(wú)毒和不易燃的特點(diǎn)。

1987年，NASA約翰遜航天中心授予三角研究和發(fā)展公司一項(xiàng)小企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）計(jì)劃合同，用于開展相變材料的研究試驗(yàn)。研究人員將這些相變材料包裹在微膠囊中，開發(fā)出一種被動(dòng)液體冷卻服，以代替以往宇航服使用的用水管制作的熱交換器。此前，三角研究和發(fā)展公司曾獲得了馬歇爾空間飛行中心授予的2項(xiàng)SBIR計(jì)劃合同，使用相變材料開發(fā)能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。1988年，三角研究和發(fā)展公司從約翰遜航天中心獲得了另一項(xiàng)SBIR計(jì)劃合同，將相變材料加入到合成纖維中，為宇航員的手套提供良好的絕熱性能。

雖然相變材料并未在宇航服中廣泛應(yīng)用，但Gateway技術(shù)公司發(fā)現(xiàn)了其商業(yè)應(yīng)用潛力，申請(qǐng)并獲得了將相變材料添加到布料和纖維中的獨(dú)家專利授權(quán)。Gateway技術(shù)公司現(xiàn)已更名為Outlast公司。該公司將含有相變材料微膠囊的紡織品銷售給數(shù)百家企業(yè)，用于制造床上用品、運(yùn)動(dòng)服、外套、內(nèi)衣、睡衣、睡袋，以及其它多種產(chǎn)品。這些轉(zhuǎn)移應(yīng)用案例刊登在《Spinoff》1997年度、2004年度、2009年度、2012年度，以及2013年度的報(bào)告中。

2007年，斯坦福大學(xué)的工商管理碩士Jane Chen及其同學(xué)組成的團(tuán)隊(duì)尋求開發(fā)一種嬰兒保育箱，價(jià)格只需200美元，是當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)保育箱價(jià)格的1%。他們偶然間發(fā)現(xiàn)了相變材料，并采用相變材料開發(fā)了一款嬰兒保育箱的原型，還設(shè)立了非營(yíng)利性組織——Embrace（擁抱），Jane Chen任首席執(zhí)行官（CEO）。畢業(yè)以后，該研究團(tuán)隊(duì)搬到了印度班加羅爾，因?yàn)橛《让磕甑脑绠a(chǎn)兒最多。

自最終產(chǎn)品——“擁抱”保溫袋成功開發(fā)以來(lái)，該產(chǎn)品已在缺乏現(xiàn)代醫(yī)療手段的14個(gè)發(fā)展中國(guó)家被用于成千上萬(wàn)名早產(chǎn)兒或其他低出生體重兒的治療。

2012年，為了給人們提供更多的創(chuàng)新產(chǎn)品，該團(tuán)隊(duì)建立了一家營(yíng)利性企業(yè)——擁抱創(chuàng)新公司。該公司位于舊金山，Kai Chan任營(yíng)運(yùn)副總裁，而Jane Chen從Embrace辭職后，就任擁抱創(chuàng)新公司的CEO。

Kai Chan說(shuō)：“幾年前，Jane Chen搬回舊金山灣區(qū)。她在那里的許多朋友都有了孩子。他們常常跟她抱怨，作為新手爸爸媽媽，他們無(wú)法確定嬰兒什么時(shí)候太冷，什么時(shí)候太熱。因此，Jane Chen決定研究一種解決辦法。由于Jane Chen對(duì)相變材料已經(jīng)非常熟悉，所以，她自然就想到利用相變材料開發(fā)使嬰兒感到舒適的產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)，Outlast公司的用戶正在穩(wěn)定增長(zhǎng)。Jane Chen發(fā)現(xiàn)了Outlast公司。”

2015年春天，通過(guò)眾籌網(wǎng)站Kickstarter的活動(dòng)，擁抱創(chuàng)新公司籌集了13萬(wàn)美元的資金，開始接受嬰兒襁褓、睡袋和毯子等一系列產(chǎn)品的預(yù)定，這一系列產(chǎn)品被命名為“小蓮花”。該系列產(chǎn)品均采用了Outlast公司的微膠囊化相變材料。這些產(chǎn)品可吸收或釋放熱量，以保證嬰兒一直處于舒適的溫度環(huán)境中。在這種舒適、穩(wěn)定的溫度環(huán)境中，嬰兒可以更好地休息，其父母也可以更好地休息。目前，所有這些產(chǎn)品均可通過(guò)擁抱創(chuàng)新公司的網(wǎng)站進(jìn)行預(yù)訂。

一項(xiàng)非正式研究的結(jié)果顯示，與市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，使用“小蓮花”產(chǎn)品的11個(gè)嬰兒中，有8個(gè)嬰兒在5天內(nèi)的睡眠時(shí)間平均延長(zhǎng)了4個(gè)小時(shí)。同時(shí)，一項(xiàng)公開研究報(bào)告指出，嬰兒的猝死與過(guò)熱有著一定的聯(lián)系，而“小蓮花”產(chǎn)品則可降低這種風(fēng)險(xiǎn)。

“小蓮花”系列產(chǎn)品包括用于3個(gè)月以內(nèi)嬰兒的襁褓，3～18個(gè)月嬰兒使用的3種尺寸的睡袋，以及棉毯。所有的“小蓮花”系列產(chǎn)品上都印有“觸摸我們的未來(lái)”（Touch Our Futures）的圖樣。該圖樣由藝術(shù)家Drue Kataoka設(shè)計(jì)，由來(lái)自世界各地的受益于“擁抱”保溫袋產(chǎn)品的母親和嬰兒的手印組成。襁褓的設(shè)計(jì)包含2條拉鏈，一條是側(cè)拉鏈，能夠使襁褓完全打開；另一條拉鏈位于底部，方便更換尿布。

Kai Chan說(shuō)：“我們也采用了TOMS鞋的愛心捐贈(zèng)模式，每售出一款‘小蓮花’產(chǎn)品，我們就為發(fā)展中國(guó)家的一名嬰兒提供一套嬰兒保溫袋?！彼赋?，擁抱創(chuàng)新公司與非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)“擁抱”的基本宗旨是相同的，即：通過(guò)幫助挽救缺乏現(xiàn)代醫(yī)療手段的地區(qū)的早產(chǎn)兒來(lái)降低世界的嬰兒死亡率。該公司還與其他非營(yíng)利組織合作，共同捐贈(zèng)“擁抱”保溫袋。

“擁抱”保溫袋中可拆卸的相變材料層可以用沸水或電加熱器加熱，將保溫袋置于98℃的溫度下保溫6個(gè)小時(shí)即可重新使用。相變材料層是便攜式的，且能夠重復(fù)使用，成本低于200美元。

Kai Chan說(shuō)：“我們采用NASA的相變材料技術(shù)不僅僅是為了讓嬰兒保持舒適，更是為了實(shí)現(xiàn)我們挽救世界上早產(chǎn)兒的心愿。擁抱創(chuàng)新公司的目標(biāo)是救治100萬(wàn)名嬰兒?！?(唐 甜)