Kao što svatko tko je ikada ravnao svoju kosu zna, voda je neprijatelj.Kosa mukotrpno izravnana toplinom vratit će se natrag u kovrče čim dotakne vodu.Zašto?Jer kosa ima memoriju oblika.Njegova materijalna svojstva omogućuju mu da promijeni oblik kao odgovor na određene podražaje i da se vrati u svoj izvorni oblik kao odgovor na druge.
Što ako drugi materijali, posebice tekstil, imaju ovu vrstu pamćenja oblika?Zamislite majicu kratkih rukava s otvorima za hlađenje koji se otvaraju kada su izloženi vlazi i zatvaraju kada se osuše, ili odjeću koja odgovara svima koja se rasteže ili skuplja prema mjeri osobe.
Sada su istraživači na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) razvili biokompatibilni materijal koji se može 3D ispisati u bilo koji oblik i unaprijed programirati s reverzibilnom memorijom oblika.Materijal je napravljen pomoću keratina, vlaknastog proteina koji se nalazi u kosi, noktima i školjkama.Istraživači su ekstrahirali keratin iz ostataka Agora vune koja se koristila u proizvodnji tekstila.
Istraživanje bi moglo pomoći širem naporu smanjenja otpada u modnoj industriji, jednom od najvećih zagađivača na planetu.Dizajneri poput Stelle McCarthy već ponovno zamišljaju kako industrija koristi materijale, uključujući vunu.
"Ovim smo projektom pokazali da ne samo da možemo reciklirati vunu, nego možemo i graditi stvari od reciklirane vune koje nikad prije nismo mogli zamisliti", rekao je Kit Parker, profesor bioinženjeringa i primijenjene fizike iz obitelji Tarr na SEAS-u i viši autorica rada.“Implikacije za održivost prirodnih resursa su jasne.S recikliranim proteinom keratina možemo učiniti isto toliko, ili više, od onoga što je do sada učinjeno šišanjem životinja i, radeći to, smanjiti utjecaj tekstilne i modne industrije na okoliš.”
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Materials.
Ključ sposobnosti keratina da mijenja oblik je njegova hijerarhijska struktura, rekao je Luca Cera, postdoktorand na SEAS-u i prvi autor rada.
Jedan lanac keratina raspoređen je u strukturu nalik na oprugu poznatu kao alfa-heliks.Dva od ovih lanaca uvijaju se zajedno kako bi formirali strukturu poznatu kao zavojnica.Mnogi od ovih namotanih zavojnica sastavljeni su u protofilamente i na kraju u velika vlakna.
“Organizacija alfa spirale i vezivnih kemijskih veza daju materijalu i snagu i pamćenje oblika”, rekao je Cera.
Kada se vlakno rastegne ili izloži određenom podražaju, strukture nalik na opruge se odmotaju, a veze se preuređuju u stabilne beta-plohe.Vlakno ostaje u tom položaju dok se ne pokrene da se namota natrag u svoj izvorni oblik.
Kako bi demonstrirali ovaj proces, istraživači su 3D ispisali keratinske listove u različitim oblicima.Programirali su trajni oblik materijala - oblik u koji će se uvijek vraćati kada se aktivira - pomoću otopine vodikovog peroksida i mononatrijevog fosfata.
Nakon što je memorija postavljena, list se može reprogramirati i oblikovati u nove oblike.
Na primjer, jedan keratinski list presavijen je u složenu origami zvijezdu kao njen trajni oblik.Nakon što je memorija postavljena, istraživači su potopili zvijezdu u vodu, gdje se razvila i postala savitljiva.Odatle su smotali lim u čvrstu cijev.Nakon što se osušila, plahta je zaključana kao potpuno stabilna i funkcionalna cijev.Kako bi obrnuli proces, vratili su cijev natrag u vodu, gdje se odmotala i savila natrag u origami zvijezdu.
“Ovaj postupak u dva koraka 3D ispisa materijala i zatim postavljanja njegovih trajnih oblika omogućuje izradu stvarno složenih oblika sa strukturnim značajkama do razine mikrona,” rekao je Cera."Ovo čini materijal pogodnim za širok raspon primjena od tekstila do inženjerstva tkiva."
“Bilo da koristite ovakva vlakna za izradu grudnjaka čija se veličina i oblik košarice mogu prilagoditi svaki dan, ili pokušavate napraviti pokretni tekstil za medicinsku terapiju, mogućnosti Lucinog rada su široke i uzbudljive,” rekao je Parker."Nastavljamo reimaginirati tekstil koristeći biološke molekule kao inženjerske supstrate kao što nikada prije nisu korišteni."
Vrijeme objave: 21. rujna 2020