Kao što svako ko je ikada ispravljao kosu zna, voda je neprijatelj.Kosa koja je mukotrpno ispravljena toplotom će se vratiti u kovrdže čim dodirne vodu.Zašto?Jer kosa ima memoriju oblika.Svojstva materijala omogućavaju mu da promijeni oblik kao odgovor na određene podražaje i da se vrati u prvobitni oblik kao odgovor na druge.
Što ako drugi materijali, posebno tekstil, imaju ovu vrstu memorije oblika?Zamislite majicu sa otvorima za hlađenje koji se otvaraju kada su izloženi vlazi i zatvaraju kada su suhi, ili jednoličnu odjeću koja se rasteže ili skuplja do mjere osobe.
Sada su istraživači na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) razvili biokompatibilan materijal koji se može 3D odštampati u bilo koji oblik i unaprijed programirati s reverzibilnom memorijom oblika.Materijal je napravljen od keratina, vlaknastog proteina koji se nalazi u kosi, noktima i školjkama.Istraživači su izvukli keratin iz ostataka Agora vune koja se koristi u proizvodnji tekstila.
Istraživanje bi moglo pomoći širem nastojanju da se smanji otpad u modnoj industriji, jednom od najvećih zagađivača na planeti.Dizajneri poput Stella McCarthy već preispituju kako industrija koristi materijale, uključujući vunu.
„Ovim projektom smo pokazali da ne samo da možemo reciklirati vunu, već možemo i napraviti stvari od reciklirane vune koje nikada prije nisu bile zamišljene“, rekao je Kit Parker, profesor bioinženjeringa i primijenjene fizike u obitelji Tarr na SEAS-u i viši autor rada.„Implikacije na održivost prirodnih resursa su jasne.S recikliranim keratinskim proteinom možemo učiniti isto toliko ili više od onoga što je do sada učinjeno striženjem životinja i na taj način smanjiti utjecaj tekstilne i modne industrije na okoliš.”
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Materials.
Ključ za sposobnost keratina da mijenja oblik je njegova hijerarhijska struktura, rekao je Luca Cera, postdoktorski saradnik na SEAS-u i prvi autor rada.
Jedan lanac keratina je raspoređen u strukturu nalik na oprugu poznatu kao alfa-heliks.Dva od ovih lanaca se uvijaju zajedno da formiraju strukturu poznatu kao namotani zavoj.Mnogi od ovih namotanih namotaja se sklapaju u protofilamente i na kraju velika vlakna.
“Organizacija alfa heliksa i vezivne kemijske veze daju materijalu snagu i pamćenje oblika,” rekao je Cera.
Kada se vlakno istegne ili izloži određenom stimulansu, strukture nalik oprugama se odmotaju, a veze se ponovo poravnavaju da formiraju stabilne beta-limove.Vlakno ostaje u tom položaju sve dok se ne pokrene da se namota natrag u prvobitni oblik.
Da bi demonstrirali ovaj proces, istraživači su 3D štampali keratinske listove u različitim oblicima.Oni su programirali trajni oblik materijala - oblik u koji će se uvijek vraćati kada se aktivira - koristeći otopinu vodikovog peroksida i mononatrijum fosfata.
Kada je memorija postavljena, list se mogao reprogramirati i oblikovati u nove oblike.
Na primjer, jedan keratinski list je presavijen u složenu origami zvijezdu kao njegov stalni oblik.Nakon što je sjećanje postavljeno, istraživači su zamočili zvijezdu u vodu, gdje se razvila i postala savitljiva.Odatle su list smotali u čvrstu cijev.Kada se osuši, ploča je zaključana kao potpuno stabilna i funkcionalna cijev.Da bi preokrenuli proces, vratili su cijev u vodu, gdje se odmotala i presavijala u origami zvijezdu.
„Ovaj proces u dva koraka 3D štampanja materijala i zatim postavljanja njegovih trajnih oblika omogućava izradu zaista složenih oblika sa strukturnim karakteristikama do nivoa mikrona“, rekao je Cera.“Ovo čini materijal pogodnim za širok raspon primjena od tekstila do inženjerstva tkiva.”
„Bilo da koristite ovakva vlakna za pravljenje grudnjaka čija se veličina i oblik šalice mogu prilagođavati svaki dan, ili pokušavate da napravite pokretački tekstil za medicinsku terapiju, mogućnosti Lucinog rada su široke i uzbudljive,“ rekao je Parker.„Nastavljamo da ponovo zamišljamo tekstil koristeći biološke molekule kao inženjerske supstrate kao što nikada ranije nisu korišćeni."
Vrijeme objave: Sep-21-2020