După cum știe oricine care și-a îndreptat părul vreodată, apa este inamicul.Părul îndreptat cu grijă de căldură va reveni în bucle în momentul în care atinge apa.De ce?Pentru că părul are memorie de formă.Proprietățile sale materiale îi permit să își schimbe forma ca răspuns la anumiți stimuli și să revină la forma inițială ca răspuns la alții.
Și dacă alte materiale, în special textile, ar avea acest tip de memorie a formei?Imaginați-vă un tricou cu orificii de răcire care s-a deschis când este expus la umezeală și s-a închis când este uscat, sau îmbrăcăminte de mărime unică care se întinde sau se micșorează la dimensiunile unei persoane.
Acum, cercetătorii de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) au dezvoltat un material biocompatibil care poate fi imprimat 3D în orice formă și preprogramat cu memorie reversibilă a formei.Materialul este realizat din cheratina, o proteină fibroasă care se găsește în păr, unghii și cochilii.Cercetătorii au extras cheratina din restul de lână Agora folosită în fabricarea textilelor.
Cercetarea ar putea ajuta la efortul mai larg de reducere a deșeurilor în industria modei, unul dintre cei mai mari poluatori de pe planetă.Deja, designeri precum Stella McCarthy reimaginează modul în care industria utilizează materiale, inclusiv lâna.
„Cu acest proiect, am arătat că nu numai că putem recicla lâna, ci și că putem construi din lâna reciclată lucruri care nu au fost niciodată imaginate până acum”, a spus Kit Parker, profesor de bioinginerie și fizică aplicată în familia Tarr la SEAS și senior. autorul lucrării.„Implicațiile pentru sustenabilitatea resurselor naturale sunt clare.Cu proteine de keratina reciclate, putem face la fel de mult, sau mai mult, decât ceea ce s-a făcut până în prezent prin tunderea animalelor și, prin aceasta, putem reduce impactul asupra mediului al industriei textile și modei.”
Cercetarea este publicată în Nature Materials.
Cheia abilităților de schimbare a formei ale keratinei este structura sa ierarhică, a spus Luca Cera, bursier postdoctoral la SEAS și primul autor al lucrării.
Un singur lanț de cheratină este aranjat într-o structură asemănătoare unui arc cunoscută sub numele de alfa-helix.Două dintre aceste lanțuri se răsucesc împreună pentru a forma o structură cunoscută sub numele de bobină încolăcită.Multe dintre aceste bobine spiralate sunt asamblate în protofilamente și eventual fibre mari.
„Organizarea helixului alfa și a legăturilor chimice conjunctive conferă materialului atât rezistență, cât și memorie de formă”, a spus Cera.
Atunci când o fibră este întinsă sau expusă unui anumit stimul, structurile de tip arc se derulează, iar legăturile se realinează pentru a forma foi beta stabile.Fibra rămâne în această poziție până când este declanșată să se înroleze înapoi în forma sa originală.
Pentru a demonstra acest proces, cercetătorii au imprimat 3D foi de cheratină într-o varietate de forme.Ei au programat forma permanentă a materialului - forma la care va reveni întotdeauna atunci când este declanșat - folosind o soluție de peroxid de hidrogen și fosfat monosodic.
Odată ce memoria a fost setată, foaia putea fi reprogramată și modelată în noi forme.
De exemplu, o foaie de keratina a fost pliată într-o stea origami complexă ca formă permanentă.Odată ce memoria a fost stabilită, cercetătorii au scufundat steaua în apă, unde s-a desfășurat și a devenit maleabilă.De acolo, au rulat foaia într-un tub etanș.Odată uscată, foaia a fost blocată ca un tub complet stabil și funcțional.Pentru a inversa procesul, au pus tubul înapoi în apă, unde s-a desfășurat și s-a pliat înapoi într-o stea origami.
„Acest proces în două etape de imprimare 3D a materialului și apoi de stabilire a formelor sale permanente permite fabricarea de forme cu adevărat complexe, cu caracteristici structurale până la nivelul micronului”, a spus Cera.„Acest lucru face ca materialul să fie potrivit pentru o gamă largă de aplicații, de la textile la ingineria țesuturilor.”
„Fie că utilizați astfel de fibre pentru a realiza sutiene ale căror dimensiune și formă pot fi personalizate în fiecare zi, fie că încercați să realizați textile de acționare pentru terapie medicală, posibilitățile muncii lui Luca sunt largi și interesante”, a spus Parker.„Continuăm să reimaginăm textilele utilizând molecule biologice ca substraturi de inginerie, așa cum nu au mai fost folosite până acum.”
Ora postării: 21-sept-2020