Innovative Materialien für eine verbesserte Thermotherapie

Die Hydrotherapie mit schnellem Temperaturkontrast, auch bekannt als Wechselbädertherapie, beinhaltet ein abwechselndes Eintauchen in heißes und kaltes Wasser, um die Erholung beim Sport zu unterstützen . Durch den schnellen Wechsel zwischen diesen Temperaturextremen soll die Therapie die natürlichen Heilungsprozesse des Körpers anregen, was sie zu einer beliebten Methode für Sportler und Menschen macht, die Muskelkater, Gelenkschmerzen und Stress lindern wollen.

Demzufolge ist die Wechselbadtherapie eine wirksame Strategie zur Verbesserung der allgemeinen sportlichen Leistung und zur schnelleren Erholung nach Wettkämpfen. Traditionell werden dabei zwei Becken verwendet, die mit kaltem bzw. warmem Wasser bei genau kontrollierten konstanten Temperaturen gefüllt sind . Die erforderlichen Einrichtungen und der erhebliche Wasserverbrauch schränken jedoch die Anwendung dieser Therapie im täglichen Sporttraining ein. Existierende tragbare Kühl- und Heizsysteme haben oft mit begrenzten Wärmeübertragungsraten zwischen dem Gerät und dem menschlichen Körper zu kämpfen und erfüllen nicht die Anforderungen für eine praktische Wechselbadtherapie.

Eine in Advanced Science veröffentlichte Studie verweist auf einen Durchbruch, der von einem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Xiaoming TAO, Lehrstuhlinhaberin für Textiltechnologie an der School of Fashion and Textiles und Vincent und Lily Woo Professorin für Textiltechnologie an der Hong Kong Polytechnic University, erreicht wurde. Das Team hat ein neuartiges, tragbares System entwickelt, das auf einem flüssigkeitsdurchlässigen Gewebe basiert und eine schnelle Modulation der Hauttemperatur ermöglicht [1]. Das innovative System ermöglicht es Sportlern, die Vorteile der Wechselbadtherapie zu erleben, ohne dass sie tatsächlich ins Wasser eintauchen müssen.

Das System besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, darunter tragbare Fluidic Fabrics, ein kleiner Wassertank (mit einem Volumen von drei Litern, ausgelegt für ein Bein), ein Steuergerät zur Temperaturregulierung, eine Wasserpumpe und ein Verbindungsschlauch. Die tragbaren Fluidic Fabrics sind aus mehreren Schichten aufgebaut, um die Leistung zu optimieren. Zu diesen Schichten gehören eine äußere wärmeisolierende Gewebeschicht zur Verringerung der Wärmeübertragung zwischen der Flüssigkeit und der Umgebung, eine mittlere Schicht aus flexiblem Wärmeübertragungspaneel (FHTP) und eine ultradünne innere Gewebeschicht, die in Kontakt mit der Haut steht. Die zentrale FHTP-Schicht besteht aus zwei laminierten Gewebestücken, die in einem Schritt miteinander verschweißt werden. Um einen gleichmäßigen und schnellen Kühl-/Wärmeeffekt zu erzielen, ist das FHTP sowohl mit schlangenförmigen als auch mit netzartigen Kanalmustern versehen.

Das System ermöglicht einen schnellen Wechsel zwischen Kühlung und Erwärmung innerhalb von zehn Sekunden auf einer Fläche von 0,3 Quadratmetern. Über eine Smartphone-App können die Nutzer das Temperaturtherapieprogramm starten, bei dem entweder warmes oder kaltes Wasser aus dem Tank in die Kanäle im Gewebe gepumpt wird, bevor es wieder in den Tank zurückgeführt wird. Jeder Therapiezyklus umfasst zwei verschiedene Modi: den Kaltmodus und den Warmmodus. Im Kaltmodus wird die Temperatur des zirkulierenden Wassers für eine Minute auf etwa 5 °C eingestellt. In diesem Modus absorbiert das zirkulierende Wasser Wärme von der Haut und der Umgebung. Im heißen Modus wird die Wassertemperatur für zwei Minuten auf 40 °C erhöht. Während dieser Phase wird die Wärme an die Haut und die Umgebung abgegeben.

Das tragbare Fluidikgewebe weist außergewöhnliche Wärmeübertragungseigenschaften auf. Während der Kältetherapie beträgt der gemessene Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Haut und dem Gewebe 98,5 W m-² K-¹. Diese Leistung entspricht einem beeindruckenden Wirkungsgrad von 92 % im Vergleich zum direkten Eintauchen in Wasser und übertrifft damit deutlich die Leistung vergleichbarer flüssigkeitsgekühlter Kleidungsstücke, die üblicherweise Wärmeübertragungskoeffizienten von 13 bis 37 W m-² K-¹ aufweisen. Insgesamt zeigt das FHTP eine starke Wärmeübertragungsleistung. Insbesondere erreicht die Wärmeübertragungseffizienz des FHTP bei der Kältetherapie bis zu 89 % und bei der Wärmetherapie etwa 55 %.

Diese Studie stellt einen bedeutenden Durchbruch bei der Entwicklung eines tragbaren Fluidikgewebes dar, das die Hauttemperatur in einem weiten Bereich von 5 °C bis 40 °C schnell modulieren kann. Zusätzlich zu seiner Wirksamkeit bei der Wechselbadtherapie bietet dieses innovative Fluidikgewebe ein erweitertes Anwendungspotenzial für das Wärmemanagement der Haut zu medizinischen Zwecken sowie in Extremsituationen, wie sie bei Brandschutzmaßnahmen auftreten.

Die Forschungsarbeiten wurden durch das Sport Science and Research Funding Scheme der Regierung der SVR Hongkong und des Hong Kong Jockey Club Charities Trust [Nr. P0042455] sowie durch den Endowed Professorship Fund der Hong Kong Polytechnic University [Nr. 847A] unterstützt. Die Datenquelle und der Code können auf Anfrage bei den entsprechenden Autoren angefordert werden.

Prof. Tao wurde von der Stanford University in sechs aufeinanderfolgenden Jahren von 2019 bis 2024 als eine der 2 % meistzitierten Wissenschaftler weltweit auf dem Gebiet der Werkstoffe anerkannt. In Anerkennung ihrer herausragenden Beiträge und ihres Fachwissens im Ingenieurwesen wurde sie 2025 zum Fellow der Hong Kong Academy of Engineering gewählt. Derzeit ist Prof. Tao Direktorin des Forschungsinstituts für intelligente, am Körper getragene Systeme an der Polytechnischen Universität Hongkong.