Som alle som noen gang har rettet håret vet, er vann fienden.Hår som er møysommelig rettet ut av varme, vil sprette tilbake til krøller i det øyeblikket det berører vann.Hvorfor?Fordi hår har formminne.Materialegenskapene tillater den å endre form som svar på visse stimuli og gå tilbake til sin opprinnelige form som svar på andre.
Hva om andre materialer, spesielt tekstiler, hadde denne typen formminne?Se for deg en t-skjorte med kjøleventiler som åpner seg når de utsettes for fuktighet og lukkes når de er tørre, eller klær som passer for alle som strekker seg eller krymper etter en persons mål.
Nå har forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) utviklet et biokompatibelt materiale som kan 3D-printes til enhver form og forhåndsprogrammeres med reversibelt formminne.Materialet er laget av keratin, et fibrøst protein som finnes i hår, negler og skjell.Forskerne hentet ut keratin fra rester av Agora-ull som ble brukt i tekstilproduksjon.
Forskningen kan hjelpe den bredere innsatsen for å redusere avfall i moteindustrien, en av de største forurenserne på planeten.Designere som Stella McCarthy reimaginer allerede hvordan industrien bruker materialer, inkludert ull.
"Med dette prosjektet har vi vist at vi ikke bare kan resirkulere ull, men vi kan bygge ting av resirkulert ull som vi aldri har forestilt oss før," sa Kit Parker, Tarr-familieprofessor i bioingeniørvitenskap og anvendt fysikk ved SEAS og senior forfatter av papiret.– Implikasjonene for bærekraften til naturressurser er klare.Med resirkulert keratinprotein kan vi gjøre like mye, eller mer, enn det som har blitt gjort ved å klippe dyr til dags dato, og på den måten redusere miljøpåvirkningen fra tekstil- og moteindustrien.»
Forskningen er publisert i Nature Materials.
Nøkkelen til keratins formendrende evner er dens hierarkiske struktur, sa Luca Cera, postdoktor ved SEAS og førsteforfatter av artikkelen.
En enkelt kjede av keratin er ordnet i en fjærlignende struktur kjent som alfa-helix.To av disse kjedene vrir seg sammen for å danne en struktur kjent som en kveilet spole.Mange av disse kveilede spolene er satt sammen til protofilamenter og til slutt store fibre.
"Organiseringen av alfahelixen og de bindende kjemiske bindingene gir materialet både styrke og formminne," sa Cera.
Når en fiber strekkes eller utsettes for en spesiell stimulans, vikles de fjærlignende strukturene ut, og bindingene justeres på nytt for å danne stabile beta-ark.Fiberen forblir i den posisjonen til den trigges til å vikle seg tilbake til sin opprinnelige form.
For å demonstrere denne prosessen 3D-printet forskerne keratinark i en rekke former.De programmerte materialets permanente form - formen det alltid vil gå tilbake til når det utløses - ved å bruke en løsning av hydrogenperoksid og mononatriumfosfat.
Når minnet var satt, kunne arket omprogrammeres og støpes til nye former.
For eksempel ble ett keratinark brettet til en kompleks origamistjerne som permanent form.Når minnet var satt, dunket forskerne stjernen i vann, hvor den utfoldet seg og ble formbar.Derfra rullet de arket til et tett rør.Når det var tørt, ble arket låst inn som et fullt stabilt og funksjonelt rør.For å reversere prosessen la de røret tilbake i vannet, hvor det rullet ut og foldet tilbake til en origamistjerne.
"Denne to-trinns prosessen med å 3D-printe materialet og deretter sette dets permanente former gjør det mulig å lage virkelig komplekse former med strukturelle egenskaper ned til mikronnivå," sa Cera."Dette gjør materialet egnet for et stort spekter av bruksområder fra tekstil til vevsteknikk."
"Enten du bruker fibre som dette for å lage brystholdere hvis skålstørrelse og form kan tilpasses hver dag, eller du prøver å lage aktiveringstekstiler for medisinsk behandling, er mulighetene for Lucas arbeid brede og spennende," sa Parker."Vi fortsetter å reimagine tekstiler ved å bruke biologiske molekyler som tekniske substrater som de aldri har blitt brukt før."
Innleggstid: 21. september 2020