体育运动“合适的温度”性能改进。

开始从冰箱内安装的蓄冷材料中寻找“合适的温度（TEKION）”

── 夏普的液晶显示技术一直是其专长，现已应用于运动场，为人体带来舒适的降温。这个独特的概念是如何产生的？

有一次我弄断了手指，医生和物理治疗师告诉我冰敷以防止疼痛扩散。但也有人告诉我，“如果冷藏时间太长，就会冻伤，所以20分钟之内就可以了”，我说，“嗯？”确实，如果我继续在0摄氏度下冷却，我会感到疼痛，我不知道这是骨折的疼痛还是濒临冻伤的疼痛。作为一个业余爱好者，我无法判断继续冷却是否可以，而且我担心这可能会导致血液循环障碍，所以我想知道是否有一个适合这种情况的温度，一个合适的温度可以正确有效地冷却人体。使用TEKION LAB的蓄冷材料，可以在一定时间内维持预设温度，所以我想我可以通过应用它来做一些事情。

── TEKION LAB 是夏普第一家开发和销售冷藏材料的内部企业。冷藏材料用液晶的开发技术是如何培育出来的？

这一切都始于 2010 年，当时启动了开发新能源相关材料的任务。能源意味着光、电和热，当时夏普已经在光领域开发了太阳能电池板，在电领域开发了电池。由于热领域尚未触及，因此开始研究应用液晶技术。

液晶是一种兼具固体和液体性质的中间态。虽然它是像液体一样的稠相，但它也具有像固体一样的性质，通过对其施加电压，分子的方向会发生变化，从而可以显示它们。然而，当冬天滑雪场温度下降时，它会凝固，而当夏天海滩温度升高时，它会变成液体。这被称为相变，人们已经努力扩大液晶中发生这种相变的熔点和凝固点范围，以便它们可以在任何环境下保持其液晶状态。

所以，液晶技术之所以带动热能材料的发展，是因为在相变过程中有大量的能量进入和离开。我认为可以应用改变相变温度的液晶技术。当冰在 0°C 融化并变成水时，它会从固相变为液相，同时吸收周围环境的热量。因此，我们决定开发一种独特的材料，通过将各种化学物质以水为主要成分相结合，可以长期保持设定的熔点，自由控制液体变成固体的凝固点和固体变成液体的熔点。通过将冷冻室中凝固的蓄冷材料开始融化的温度设定为0℃以外的任意温度，可用于需要适当温度的各种用途（图1）。

【图1】夏普开发的潜热蓄冷材料
通过将各种物质与水性材料混合，可以在一定时间内（包括正在开发的温度范围）将熔化温度保持在-24至+28℃的任意温度。
来源：夏普

但是，当我们第一次开始开发它时，我们考虑将其应用到夏普的产品上，所以我们不知道它会导致人体降温。第一款产品于 2014 年开发，作为停电频繁的印度尼西亚的冰箱冷藏材料。

── 冰箱需要冷藏材料吗？如果你只看日本市场，你不会有这个想法。

东南亚的一名外籍员工回家后不知道白天停电了几个小时，吃了冰箱里的食物，结果胃部不适。因此，我们开发了一种冰点为冰箱内部温度+5℃、熔点为冰箱内部温度+10℃的蓄冷材料。如果停电，它会在+10°C时融化，但之后会在+10°C左右保持几个小时，直到变成液体，因此食物将保持原来的状态（图2）。这是一个革命性的产品，因为传统的冰袋只能在冰箱中冷冻。 2016年埃及也引进了配备冷库材料的冰箱。

【图2】冰箱冷藏材料
它是为了安装在经常停电的印度尼西亚的冰箱中而开发的。
来源：夏普

对于液晶，人们一直在努力尽可能地拉大凝固点和熔点之间的差距，但对于这种蓄冷材料，人们已经进行了研究，使其尽可能接近。目前，可以在-24℃至+28℃之间分12级设置熔点。还有一项隐藏技术，可以将冰点提高到0℃以上。

2017 年，一家名为“TEKION LAB”的内部企业成立，以“在适当的温度下传递幸福”为理念，追求各种可能性。

美食、物流、康复和体育

── 针对日本市场做了哪些开发？

首先，我们在“3 C”中定义了 TEKION LAB 应通过冷藏材料提供的价值（图 3）。 “Cheer”，在适宜的温度下创造美食体验；“Confidence”，以最佳的温度控制为物流做出贡献；“Comfort”，让顾客在适宜的温度下享受舒适的感觉。

[图3] TEKION LAB 提供的三个值
来源：夏普

在没有停电的日本市场，我们认为创造有助于人们生活温度范围的产品是个好主意，因此我们将其范围缩小到这三个领域。第一件事情是在 2017 年与清酒酿造商合作（参考资料 1）。知道夏天对清酒的需求量下降，有“夏天一瓶冬天十瓶”的说法，抱着“为什么不尝试在温度低至-2摄氏度的夏天喝清酒”的想法，我们开发了一种采用冷藏材料的冷藏袋。这是通过众筹服务出售的（参考资料2），限量3,000份已售罄（图4）。

2018年，我们与酒窖制造商合作（参考资料3），推出了一款冷藏箱（图5），即使红葡萄酒、白葡萄酒和起泡酒从酒窖中取出后，也能在餐桌上保持适当的温度。我们在美食“Cheer”领域取得了一定的成果。

[图4]通过众筹与清酒酿酒厂合作
清酒的饮用方式有多种，包括冷饮、常温、热饮，最冷的温度范围在+5℃左右，被称为“雪冷”。 TEKION LAB向一家清酒酿造商提出，-2℃的冰冻温度可以用作“融雪”。不受常识束缚的全新游戏享受方式受到称赞。
来源：夏普

[图5]使葡萄酒在适当温度下保存2小时的冷却箱
在酒窖中以适当温度储存的葡萄酒一旦从酒窖中取出就会达到室温。即使在盛夏的餐桌上也能够保持适当的温度，这是革命性的。
来源：夏普

── 在“Confidence”领域，开发物流、制药和iPS细胞冷藏材料^*1也有望用于再生医学领域的交通运输。

食品配送存在三个温度区：冷冻、冷藏和常温，我们正在开发一种冷藏材料单元，可以保持适当的温度几个小时（图6）。然而，这两个领域的挑战在于夏普毕竟是一家电子产品制造商。由于我们正在进行前所未有的发展，我们很难确定哪个业务部门可以实现我们的想法。当进入制药和再生医学领域时，由于公司内部没有医学知识，所以门槛非常高。此外，在寻求人体最佳温度的“舒适”领域，我从骨折的经验中获得了给人体降温的证据，但我却处于一种迷茫的状态，不知道在身体的何处以及如何使用它。

[图6]物流冷库物料单元作为物流物料的适宜温度
+12℃最适合豆芽、香蕉等易受低温损害的蔬菜。预计+4°C对血液有利，+3°C对细胞有利，验证和开发正在进行中。
来源：夏普

── 你是如何收集有关人体降温的证据的？

在探索“为什么冷会痛”和“降温的最佳温度是多少”时，我们发现，当皮肤温度降至 +17°C 以下时，皮肤表面称为行程通道的温度传感器就会被激活，并发出疼痛和冷刺激以提醒大脑。因此，我们借用了模拟人体发热的热学模型，将其放置在+25°C的室温下，并通过在前臂周围包裹+12°C的冷却剂进行测量（图7）。结果，皮肤表面温度可维持在+​​20°C左右2小时。

[图7]冷却液测量结果
市售冷敷袋可将皮肤表面温度降低至+8°C，因此需要用毛巾包裹皮肤，且冷却时间仅持续约30分钟。
来源：夏普

带着这些结果，我拜访了东京工业大学物理治疗系的菅原仁博士，他很高兴地说：“我一直在寻找这样的产品！”菅原博士正在寻找一种使用温和冰疗的方法来帮助缓解膝关节置换术后 40 分钟的痛苦康复。进行了临床试验，并将结果提交给2017年日本健康行为科学会和日本体能医学会。

我们连续两年在医疗设备展览会上展示了这一成果（参考文献4）。在宣传该产品为“温和地冷却人的冷却剂”和“冷却而不是结冰的冷却剂”之后，我后来与福岛医科大学的医生和护士长交谈，我意识到它有可能在医疗领域发挥作用。

从工人的防暑措施到运动员的中暑预防

── 这是“舒适”领域的突破性成就，旨在寻找人体的最佳温度。

通过一次学术会议演讲，我认识了国家职业安全卫生研究所的时泽健教授，我们决定共同研究工人的高温对策。在美国，军事演习前，人们将双手浸入+20℃的水中（手掌浸泡），以抑制核心体温的上升，预防中暑。我们研究了是否可以使用 TEKION LAB 的冷藏材料重现相同的效果。结果，使用+12℃的蓄冷材料对手掌和脚底预冷30分钟，也获得了几乎相同的效果。使用自来水和冰很难制备+20℃的水，但使用蓄冷材料则很容易做到。研究还发现，当温度低于+12°C时，血管会收缩，血流量会减少，从而降低其效果。

── 这个结果会导致运动降温用品的开发吗？

没错。时泽教授当时正在为工人进行研究，但最终他在体育运动中的高温对策方面的工作也受到了关注，他通过Wingate Co, Ltd的远山健太与广岛大学的长谷川教授建立了联系，后者提供了各种运动指导。长谷川博士验证了在比赛中场休息时使用+12°C蓄冷材料直接冷却肌肉、降低皮肤和肌肉温度并在比赛后半程保持运动表现的有效性，并在学术会议上介绍了该结果。

然后，由于长谷川教授在国家体育科学中心参与了冰浆的开发（参考文献6），我们决定使用蓄冷材料来制作冰浆。浆状是指一种类似果子露的液体状态，其中非常小的固体颗粒混合到液体中，通过将冷饮制成这种状态，可以防止体内热量散发。球员在比赛中喝饮料是很常见的，但当他们以 -1°C 的冰浆形式摄入饮料时，非常小的冰粒会附着在液体顶部，并立即在胃壁上扩散。当它融化并变成液体时，它会从体内吸收大量的热量（图8）。

[图8]冰浆的影响
来源：夏普

在此之前，一直使用特殊设备来生产冰浆，但由于它需要电源，因此存在无法在需要时（例如在国外旅行时）生产的情况。不过，通过使用TEKION LAB的冷藏材料，每个球员都可以用塑料瓶装满他们需要的饮料到一个特殊的盒子里，然后带到替补席上。饮用时，只需摇动PET瓶，PET瓶经过-11℃的冷藏材料过冷，瞬间变成浆状（图9）。这款冰浆BOX在2019年就被J联赛球队试用过，非常受到好评。每个运动员都有赞助商和注册营养师，并且每种饮料的必要成分（例如蛋白质和氨基酸）都会调整，因此我认为单独使用制造设备会非常困难。

【图8】冰浆盒
将冷藏材料在冷冻室-11℃下冷冻10小时以上，然后将其与已在冰箱中充分冷冻的饮料一起放入冰浆盒中，放置4小时。饮用时，摇动瓶子，形成浆状。
来源：夏普

冰浆箱内安装6个-11℃冷库材料（侧面4个，底部1个，盖子上1个）。

浆状运动饮料。当微小的冰粒在胃内融化时，它们会降低身体的热量。

── 如果您要去的酒店有冰箱和冰柜，您就可以轻松制作一个。无需引进制造设备或对其进行清洁。

先生作为运动教练教授各种运动项目的 Wingate 的 Toyama 表示，这是“创新”。我们目前正在通过我们的教练网络在各种比赛中测试其有效性（图 10）。富山先生希望看到的另一件事是它对业余体育界的影响。听说业余界很少有有正确知识和理论的教练。他们似乎想促进年轻运动员健康意识的活动。

[图10]使用冰浆的核心体温实验
假设一场网球比赛的模拟是在室温+36℃、相对湿度50%的实验室中进行的。运动员在每次休息期间饮用 +4°C 的冰浆或运动饮料。
来源：国家体育科学中心

使用蓄冷材料来对抗体内和体外的热量

──+12℃蓄冷材料也被应用于运动场的预冷。

-11℃冰浆材质，+12℃手掌冷却材质。 TEKION LAB决定开发这两款产品用于运动领域的热防护。 2019年，我们决定将与富山先生（参考资料7）和时泽先生介绍的公司测试的手掌冷却结果商业化，作为“热防护手套”（图11）。

[图11]防热手套
由+12℃冷藏材料和手掌专用手套组合而成。将冷藏材料放入冰箱冷藏9小时或冷冻室冷藏2小时，然后放入特制手套中，让手掌冷却。可以用于需要用手的赛事中的预冷，也可以在马拉松等比赛中使用。

佩戴防热手套

经常有人问我为什么要冷却手掌，这是因为手掌有一种特殊的血管，称为动静脉吻合，连接大动脉和静脉（图 12）。这个地方可以称为人体热交换器官，可以说是一种特殊的散热结构。大量血液从动脉直接进入静脉，不经过毛细血管就返回心脏。通过立即冷却该区域，大量冰冷的血液返回心脏，然后输送到全身。

[图12]手掌发凉的原因
手掌具有特殊的散热结构，使其成为极其有效的血液冷却部位。
来源：夏普

天气炎热时，我们倾向于给脖子和腋下降温，但这并不能降低我们的核心体温，而且由于它靠近心脏，在运动时预冷是一个很大的负担。不过，由于它离大脑很近，所以很快就能感到精神焕发。因此，为了减轻精神压力，比赛期间和比赛结束后给脖子和腋下降温是个好主意。顺便说一句，在比赛时只冷却颈背的实验中，选手们在核心体温没有下降多少但大脑感觉舒适的状态下比赛，虽然表现不错，但比赛结束后却突然感到疲劳。这就是为什么在比赛前降低核心体温如此重要的原因。随着产品越来越流行，我认为用户正确理解这些知识很重要。

── 我期待着未来为运动科学的发展做出各种贡献。

目前，通过Toyama先生，我们正在让各种竞争组织尝试预冷的效果。根据比赛情况，有时+12℃以外的温度范围是最佳温度，因此我们可能需要精确定位开发。另外，我们发现不仅在手掌上，在前臂上也能获得同样的效果，因此我们也许可以开发新的规格。目前我们只有预冷数据，所以我们也在进行各个领域的采访和核实。

大约在2014年，我们开始看到它可以应用于运动领域的迹象，所以我和成员们讨论是否可以在2020年的赛事中及时将一些东西商业化，但我很高兴看到它在过去几年中发展得很快。一路上我也曾一度失去信心，但我真的很幸运，能够被介绍给一个又一个的人，能够认识一个又一个该领域的专业人士。

我相信，如果我们继续收集体育领域的各种证据，我们将能够将结果应用到医学领域。毕竟，这种潜热蓄冷材料是在假设它将在人类生活温度范围内使用的情况下开发的，因此我们希望开发出对人们有用的东西。

个人资料

内海由香（内海优香）

夏普公司研发事业部材料与能源技术实验室
第二实验室经理兼 TEKION LAB CEO/CTO 博士（工程）

液晶材料技术专家。负责从基础技术到商业化技术的开发团队的领导者，包括新型蓄热材料的开发、针对市场需求的新产品概念开发、解决方案提案和量产技术。

千叶大学理学院化学系（有机化学）毕业。东京农工大学博士（工学）。加入日立制作所。他参与了各种有机材料的开发，包括液晶显示器中使用的液晶材料，以提高液晶显示器的图像质量，并根据他的成就获得了学位。在夏普公司的研发业务总部，他领导的开发团队负责从上游基础技术到下游消费者商业化的所有事务，包括新型冷藏材料的开发、针对市场需求的新产品概念和解决方案的开发以及新材料的量产技术的开发。

作家

能登谷直子

在担任招聘广告制作总监后，他目前广泛从事自由撰稿人的工作。他参与了各个行业公司的官方网站和招聘网站的制作，并且还对高层管理人员进行了大量采访。他还拥有丰富的医疗和制药领域、学校等报道经验。