Kot ve vsak, ki si je kdaj ravnal lase, je voda sovražnik.Lasje, skrbno zravnani s toploto, se bodo vrnili nazaj v kodre takoj, ko se dotaknejo vode.Zakaj?Ker imajo lasje spomin oblike.Njegove materialne lastnosti mu omogočajo, da spremeni obliko kot odziv na določene dražljaje in se vrne v prvotno obliko kot odgovor na druge.
Kaj če bi imeli drugi materiali, zlasti tekstil, to vrsto spomina oblike?Predstavljajte si majico z odprtinami za hlajenje, ki se odprejo, ko so izpostavljeni vlagi, in zaprejo, ko se posušijo, ali oblačila, ki ustrezajo vsem in se raztegnejo ali skrčijo na mere osebe.
Zdaj so raziskovalci na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) razvili biokompatibilen material, ki ga je mogoče 3D-natisniti v poljubno obliko in vnaprej programirati z reverzibilnim spominom oblike.Material je narejen iz keratina, vlaknate beljakovine, ki jo najdemo v laseh, nohtih in školjkah.Raziskovalci so ekstrahirali keratin iz ostankov volne Agora, ki se uporablja v proizvodnji tekstila.
Raziskava bi lahko pripomogla k širšemu prizadevanju za zmanjšanje količine odpadkov v modni industriji, ki je eden največjih onesnaževalcev na planetu.Oblikovalci, kot je Stella McCarthy, že na novo predstavljajo, kako industrija uporablja materiale, vključno z volno.
»S tem projektom smo pokazali, da ne samo, da lahko recikliramo volno, temveč lahko iz reciklirane volne izdelamo stvari, ki si jih še nikoli nismo predstavljali,« je dejal Kit Parker, družinski profesor bioinženiringa in uporabne fizike pri SEAS in višji avtor prispevka.»Posledice za trajnost naravnih virov so jasne.Z recikliranim keratinskim proteinom lahko naredimo prav toliko ali več kot doslej s striženjem živali in s tem zmanjšamo vpliv tekstilne in modne industrije na okolje.«
Raziskava je objavljena v Nature Materials.
Ključ do sposobnosti keratina za spreminjanje oblike je njegova hierarhična struktura, je dejal Luca Cera, podoktorski sodelavec pri SEAS in prvi avtor prispevka.
Ena sama veriga keratina je urejena v vzmetno strukturo, znano kot alfa-vijačnica.Dve od teh verig se zvijata skupaj in tvorita strukturo, znano kot navita tuljava.Veliko teh zvitih tuljav je sestavljenih v protofilamente in na koncu v velika vlakna.
"Organizacija alfa vijačnice in povezovalne kemične vezi dajejo materialu trdnost in spomin oblike," je dejal Cera.
Ko je vlakno raztegnjeno ali izpostavljeno določenemu dražljaju, se vzmeti podobne strukture odvijejo in vezi ponovno poravnajo, da tvorijo stabilne beta-plošče.Vlakno ostane v tem položaju, dokler se ne sproži, da se zvije nazaj v prvotno obliko.
Za prikaz tega procesa so raziskovalci 3D-natisnili keratinske plošče v različnih oblikah.S pomočjo raztopine vodikovega peroksida in mononatrijevega fosfata so programirali trajno obliko materiala - obliko, v katero se bo vedno vrnil ob sprožitvi.
Ko je bil pomnilnik nastavljen, je bilo mogoče list ponovno programirati in oblikovati v nove oblike.
Na primer, en keratinski list je bil zložen v kompleksno zvezdo origami kot njegovo trajno obliko.Ko je bil spomin nastavljen, so raziskovalci zvezdo potopili v vodo, kjer se je razgrnila in postala voljna.Od tam so list zvili v tesno cev.Ko se je posušila, je bila plošča zaklenjena kot popolnoma stabilna in funkcionalna cev.Da bi obrnili proces, so cev postavili nazaj v vodo, kjer se je odvila in zložila nazaj v zvezdo origami.
"Ta dvostopenjski postopek 3D-tiskanja materiala in nato nastavljanja njegovih trajnih oblik omogoča izdelavo resnično zapletenih oblik s strukturnimi značilnostmi do mikronske ravni," je dejal Cera."Zaradi tega je material primeren za široko paleto aplikacij od tekstila do tkivnega inženirstva."
»Ne glede na to, ali uporabljate vlakna, kot je ta, za izdelavo nedrčkov, katerih velikost in obliko košaric je mogoče prilagoditi vsak dan, ali poskušate izdelati aktivirajoče tekstilije za medicinsko terapevtiko, so možnosti Lucinega dela široke in razburljive,« je dejal Parker."Nadaljujemo s preoblikovanjem tekstila z uporabo bioloških molekul kot inženirskih substratov, kot jih še nikoli nismo uporabljali."
Čas objave: 21. septembra 2020