Mindenki tudja, aki már megigazította a haját, a víz az ellenség.A hő által gondosan kiegyenesített haj azonnal fürtökké verődik, amint vízhez ér.Miért?Mert a hajnak van alakmemóriája.Anyagi tulajdonságai lehetővé teszik, hogy bizonyos ingerekre válaszul alakot változtasson, és más ingerekre válaszul visszatérjen eredeti alakjához.
Mi lenne, ha más anyagoknak, különösen a textíliáknak lenne ilyen alakmemóriája?Képzeljen el egy pólót hűtőnyílásokkal, amelyek nedvesség hatására kinyílnak, és szárazon záródnak, vagy egy mindenki számára megfelelő ruhát, amely nyúlik vagy zsugorodik az ember méretéhez képest.
A Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) kutatói most olyan biokompatibilis anyagot fejlesztettek ki, amely 3D-vel bármilyen formára nyomtatható, és reverzibilis alakmemóriával előre programozható.Az anyag keratin felhasználásával készült, amely a hajban, a körmökben és a héjban található rostos fehérje.A kutatók a textilgyártásban használt, megmaradt Agora gyapjúból vonták ki a keratint.
A kutatás segíthet a hulladék csökkentésére irányuló szélesebb erőfeszítésben a divatiparban, amely a bolygó egyik legnagyobb szennyezője.A tervezők, mint például Stella McCarthy, már most újragondolják, hogyan használja az ipar az anyagokat, beleértve a gyapjút is.
„Ezzel a projekttel megmutattuk, hogy nemcsak újrahasznosíthatjuk a gyapjút, hanem olyan dolgokat is építhetünk az újrahasznosított gyapjúból, amilyeneket korábban elképzelni sem lehetett” – mondta Kit Parker, a Tarr család biomérnöki és alkalmazott fizikai professzora, a SEAS vezető professzora. a dolgozat szerzője.„A természeti erőforrások fenntarthatóságát érintő következmények egyértelműek.Az újrahasznosított keratin fehérjével pontosan annyit vagy többet tehetünk, mint amit az állatok nyírásával eddig elértünk, és ezáltal csökkenthetjük a textil- és divatipar környezeti hatását.”
A kutatás a Nature Materials-ban jelent meg.
A keratin alakváltoztató képességének kulcsa a hierarchikus felépítése – mondta Luca Cera, a SEAS posztdoktori ösztöndíjasa és a tanulmány első szerzője.
A keratin egyetlen lánca egy rugószerű szerkezetbe rendeződik, amely alfa-hélix néven ismert.E láncok közül kettő összecsavarodva egy tekercs tekercsként ismert szerkezetet alkot.Sok ilyen tekercses tekercs protofilamentumokká és végül nagy szálakká van összeállítva.
"Az alfa-hélix szerveződése és az összekötő kémiai kötések szilárdságot és alakemlékezetet adnak az anyagnak" - mondta Cera.
Amikor egy szálat megnyújtanak vagy kitéve egy adott ingernek, a rugószerű struktúrák feltekernek, és a kötések újra igazodnak, hogy stabil béta-lemezeket képezzenek.A szál addig marad ebben a helyzetben, amíg vissza nem tekercselődik eredeti alakjába.
Ennek a folyamatnak a bemutatására a kutatók 3D-nyomtatott keratinlapokat készítettek különféle formákban.Hidrogén-peroxid és mononátrium-foszfát oldatával programozták be az anyag állandó formáját – azt a formát, amelybe az mindig visszatér, ha kioldják.
A memória beállítása után a lap újraprogramozható és új formákká formázható.
Például egy keratinlapot egy összetett origami csillagmá hajtogattak állandó alakjaként.Az emlékezés után a kutatók vízbe merítették a csillagot, ahol az kibontakozott és alakíthatóvá vált.Onnan egy szűk csőbe tekerték a lapot.Miután megszáradt, a lapot teljesen stabil és működőképes csőként zárták be.A folyamat megfordítása érdekében a csövet visszahelyezték a vízbe, ahol kigördült, és visszahajtott egy origami csillaggá.
„Az anyag 3D-s nyomtatásának, majd állandó formáinak beállításának ez a kétlépcsős folyamata lehetővé teszi igazán összetett formák előállítását, amelyek szerkezeti jellemzői egészen mikronig terjednek” – mondta Cera."Ezáltal az anyag alkalmassá teszi az alkalmazások széles skáláját a textiltől a szövetmérnökségig."
„Akár ilyen szálakat használunk, hogy olyan melltartókat készítsünk, amelyek csésze mérete és alakja minden nap testre szabható, akár orvosi terápiás célú működtető textíliákat próbál készíteni, Luca munkájának lehetőségei szélesek és izgalmasak” – mondta Parker."Folytatjuk a textíliák újragondolását, biológiai molekulákat használva mérnöki szubsztrátumként, ahogyan korábban soha nem használtak."
Feladás időpontja: 2020-09-21