Jak každý, kdo si někdy rovnal vlasy, ví, voda je nepřítel.Vlasy pečlivě narovnané teplem se ve chvíli, kdy se dotknou vody, odrazí zpět do kadeří.Proč?Protože vlasy mají tvarovou paměť.Jeho materiálové vlastnosti mu umožňují změnit tvar v reakci na určité podněty a vrátit se do původního tvaru v reakci na jiné.
Co kdyby tento typ tvarové paměti měly jiné materiály, zejména textilie?Představte si tričko s chladícími otvory, které se otevírají, když jsou vystaveny vlhkosti, a uzavírají, když jsou suché, nebo oblečení jedné velikosti, které se natahuje nebo stahuje na míru člověka.
Nyní výzkumníci z Harvardské školy John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) vyvinuli biokompatibilní materiál, který lze 3D tisknout do libovolného tvaru a předem naprogramovat s reverzibilní tvarovou pamětí.Materiál je vyroben z keratinu, vláknitého proteinu, který se nachází ve vlasech, nehtech a skořápkách.Vědci extrahovali keratin ze zbytků vlny Agora používané při výrobě textilu.
Výzkum by mohl pomoci širšímu úsilí o snížení odpadu v módním průmyslu, jednom z největších znečišťovatelů na planetě.Návrháři jako Stella McCarthy již přehodnocují, jak průmysl používá materiály, včetně vlny.
„Tímto projektem jsme ukázali, že nejenže dokážeme recyklovat vlnu, ale dokážeme z recyklované vlny postavit věci, které jsme si nikdy předtím nedokázali představit,“ řekl Kit Parker, profesor bioinženýrství a aplikované fyziky rodiny Tarrových na SEAS a senior. autor příspěvku.„Důsledky pro udržitelnost přírodních zdrojů jsou jasné.S recyklovaným keratinovým proteinem můžeme udělat stejně nebo více než to, co se dosud dělalo stříháním zvířat, a tím snížit dopad textilního a módního průmyslu na životní prostředí.“
Výzkum je publikován v Nature Materials.
Klíčem ke schopnosti keratinu měnit tvar je jeho hierarchická struktura, řekl Luca Cera, postdoktorand v SEAS a první autor článku.
Jediný řetězec keratinu je uspořádán do struktury podobné pružině známé jako alfa-helix.Dva z těchto řetězů se stočí dohromady a vytvoří strukturu známou jako stočená cívka.Mnohé z těchto stočených cívek jsou sestaveny do protofilamentů a případně velkých vláken.
"Organizace alfa šroubovice a spojovací chemické vazby dodávají materiálu pevnost i tvarovou paměť," řekl Cera.
Když je vlákno nataženo nebo vystaveno určitému podnětu, pružinové struktury se rozvinou a vazby se znovu vyrovnají, aby vytvořily stabilní beta-listy.Vlákno zůstává v této poloze, dokud není spuštěno, aby se vrátilo do původního tvaru.
Aby vědci demonstrovali tento proces, vytiskli 3D keratinové listy v různých tvarech.Pomocí roztoku peroxidu vodíku a fosforečnanu sodného naprogramovali stálý tvar materiálu – tvar, do kterého se vždy vrátí po spuštění.
Jakmile byla paměť nastavena, list mohl být přeprogramován a tvarován do nových tvarů.
Například jeden keratinový list byl složen do složité origami hvězdy jako její trvalý tvar.Jakmile byla paměť nastavena, vědci ponořili hvězdu do vody, kde se rozvinula a stala se tvárnou.Odtud srolovali plech do těsné trubky.Po vysušení byla deska uzamčena jako plně stabilní a funkční trubice.Aby proces zvrátili, vložili trubici zpět do vody, kde se rozvinula a složila zpět do origami hvězdy.
„Tento dvoustupňový proces 3D tisku materiálu a následného nastavení jeho stálých tvarů umožňuje výrobu skutečně složitých tvarů se strukturálními rysy až na úrovni mikronů,“ řekl Cera."Díky tomu je materiál vhodný pro širokou škálu aplikací od textilu po tkáňové inženýrství."
„Ať už používáte vlákna, jako je tato, k výrobě podprsenek, jejichž velikost a tvar košíčků lze každý den přizpůsobit, nebo se snažíte vyrábět ovládací textilie pro léčebné účely, možnosti Lucovy práce jsou široké a vzrušující,“ řekl Parker."Pokračujeme v přetváření textilií pomocí biologických molekul jako technických substrátů, jaké nebyly nikdy předtím použity."
Čas odeslání: 21. září 2020