Ako každý, kto si niekedy vyrovnával vlasy, vie, že voda je nepriateľ.Vlasy starostlivo narovnané teplom sa odrazia späť do kučier v momente, keď sa dotknú vody.prečo?Pretože vlasy majú tvarovú pamäť.Jeho materiálové vlastnosti mu umožňujú meniť tvar v reakcii na určité podnety a vrátiť sa do pôvodného tvaru v reakcii na iné.
Čo keby iné materiály, najmä textil, mali tento typ tvarovej pamäte?Predstavte si tričko s chladiacimi otvormi, ktoré sa otvárajú, keď je vystavené vlhkosti a zatvárajú, keď je sucho, alebo univerzálne oblečenie, ktoré sa naťahuje alebo sťahuje na mieru človeka.
Teraz výskumníci z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) vyvinuli biokompatibilný materiál, ktorý možno 3D vytlačiť do akéhokoľvek tvaru a predprogramovať s reverzibilnou tvarovou pamäťou.Materiál je vyrobený z keratínu, vláknitého proteínu, ktorý sa nachádza vo vlasoch, nechtoch a lastúrach.Výskumníci extrahovali keratín zo zvyškov vlny Agora používanej pri výrobe textilu.
Výskum by mohol pomôcť širšiemu úsiliu o zníženie odpadu v módnom priemysle, ktorý je jedným z najväčších znečisťovateľov planéty.Dizajnéri ako Stella McCarthy už premýšľajú o tom, ako priemysel používa materiály vrátane vlny.
„Týmto projektom sme ukázali, že nielenže dokážeme recyklovať vlnu, ale dokážeme z recyklovanej vlny postaviť veci, o ktorých sme si predtým ani nevedeli predstaviť,“ povedal Kit Parker, profesor bioinžinierstva a aplikovanej fyziky rodiny Tarrovcov v SEAS a senior. autor príspevku.„Dôsledky pre udržateľnosť prírodných zdrojov sú jasné.S recyklovaným keratínovým proteínom dokážeme urobiť presne toľko, alebo viac, ako doteraz strihaním zvierat, a tým znížiť vplyv textilného a módneho priemyslu na životné prostredie.“
Výskum je publikovaný v Nature Materials.
Kľúčom k schopnosti keratínu meniť tvar je jeho hierarchická štruktúra, povedal Luca Cera, postdoktorand v SEAS a prvý autor článku.
Jeden reťazec keratínu je usporiadaný do pružinovej štruktúry známej ako alfa-helix.Dva z týchto reťazcov sa krútia dohromady a vytvárajú štruktúru známu ako stočená cievka.Mnohé z týchto stočených cievok sú zostavené do protofilamentov a prípadne veľkých vlákien.
"Organizácia alfa helixu a spojivové chemické väzby dávajú materiálu pevnosť aj tvarovú pamäť," povedal Cera.
Keď je vlákno natiahnuté alebo vystavené určitému stimulu, pružinové štruktúry sa rozvinú a väzby sa znovu zarovnajú, aby vytvorili stabilné beta-listy.Vlákno zostáva v tejto polohe, kým sa nespustí, aby sa vrátilo do pôvodného tvaru.
Na demonštráciu tohto procesu výskumníci 3D vytlačili keratínové listy v rôznych tvaroch.Pomocou roztoku peroxidu vodíka a fosforečnanu sodného naprogramovali stály tvar materiálu – tvar, do ktorého sa vždy vráti po spustení.
Po nastavení pamäte bolo možné list preprogramovať a vytvarovať do nových tvarov.
Napríklad jeden keratínový list bol zložený do komplexnej origami hviezdy ako jej trvalý tvar.Akonáhle bola pamäť nastavená, výskumníci ponorili hviezdu do vody, kde sa rozvinula a stala sa tvárnou.Odtiaľ zrolovali plech do tesnej rúrky.Po uschnutí sa list uzamkol ako plne stabilná a funkčná trubica.Aby proces zvrátili, vložili skúmavku späť do vody, kde sa rozvinula a zložila späť do origami hviezdy.
„Tento dvojkrokový proces 3D tlače materiálu a následného nastavenia jeho trvalých tvarov umožňuje výrobu skutočne zložitých tvarov so štrukturálnymi vlastnosťami až na mikrónovú úroveň,“ povedal Cera."To robí materiál vhodným pre širokú škálu aplikácií od textilu po tkanivové inžinierstvo."
„Či už používate vlákna, ako je táto, na výrobu podprseniek, ktorých veľkosť a tvar košíčkov je možné prispôsobiť každý deň, alebo sa pokúšate vyrobiť ovládacie textílie na lekárske účely, možnosti Lucovej práce sú široké a vzrušujúce,“ povedal Parker."Pokračujeme v pretváraní textílií pomocou biologických molekúl ako inžinierskych substrátov, aké sa nikdy predtým nepoužívali."
Čas odoslania: 21. septembra 2020