Kuten jokainen, joka on koskaan suoristanut hiuksiaan, tietää, vesi on vihollinen.Lämmöllä huolella suoristetut hiukset palautuvat takaisin kiharoiksi heti, kun ne koskettavat vettä.Miksi?Koska hiuksilla on muotomuisti.Sen materiaaliominaisuudet sallivat sen muuttaa muotoaan vasteena tiettyihin ärsykkeisiin ja palata alkuperäiseen muotoonsa vastauksena muihin.
Entä jos muilla materiaaleilla, erityisesti tekstiileillä, olisi tällainen muotomuisti?Kuvittele t-paita, jossa on jäähdytysaukot, jotka avautuvat joutuessaan alttiiksi kosteudelle ja sulkeutuvat kuivina, tai yksikokoinen vaate, joka venyy tai kutistuu henkilön mittojen mukaan.
Nyt Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) tutkijat ovat kehittäneet bioyhteensopivan materiaalin, joka voidaan 3D-tulostaa mihin tahansa muotoon ja esiohjelmoida palautuvalla muotomuistilla.Materiaali on valmistettu keratiinista, kuituproteiinista, jota löytyy hiuksista, kynsistä ja kuorista.Tutkijat loivat keratiinin tekstiilien valmistuksessa käytetystä Agora-villasta.
Tutkimus voisi auttaa laajempia pyrkimyksiä vähentää jätteitä muotiteollisuudessa, joka on yksi planeetan suurimmista saastuttajista.Suunnittelijat, kuten Stella McCarthy, ovat jo suunnittelemassa uudelleen, kuinka teollisuus käyttää materiaaleja, mukaan lukien villaa.
"Tämän projektin avulla olemme osoittaneet, että voimme kierrättää villaa, mutta voimme rakentaa kierrätetystä villasta asioita, joita ei ole koskaan aiemmin kuviteltu", sanoi Kit Parker, Tarr-perheen biotekniikan ja sovelletun fysiikan professori SEAS:sta ja vanhempi. paperin kirjoittaja.– Vaikutukset luonnonvarojen kestävyyteen ovat selvät.Kierrätetyllä keratiiniproteiinilla voimme tehdä yhtä paljon tai enemmän kuin mitä on tehty eläinten leikkaamisella tähän mennessä ja vähentää näin tekstiili- ja muotiteollisuuden ympäristövaikutuksia."
Tutkimus on julkaistu Nature Materialsissa.
Avain keratiinin muotoa muuttaviin kykyihin on sen hierarkkinen rakenne, sanoi Luca Cera, SEASin tutkijatohtori ja paperin ensimmäinen kirjoittaja.
Yksi keratiiniketju on järjestetty jousimaiseen rakenteeseen, joka tunnetaan nimellä alfa-heliksi.Kaksi näistä ketjuista kiertyy yhteen muodostaen rakenteen, joka tunnetaan kierrettynä kelana.Monet näistä kelaisista keloista kootaan protofilamenteiksi ja lopulta suuriksi kuiduiksi.
"Alfaheliksin organisointi ja yhdistävät kemialliset sidokset antavat materiaalille sekä lujuutta että muotomuistia", Cera sanoi.
Kun kuitua venytetään tai se altistetaan tietylle ärsykkeelle, jousimaiset rakenteet irtoavat ja sidokset kohdistuvat uudelleen muodostaen stabiileja beeta-arkkeja.Kuitu pysyy tässä asennossa, kunnes se laukeaa kiertymään takaisin alkuperäiseen muotoonsa.
Tämän prosessin osoittamiseksi tutkijat tulostivat 3D-keratiinilevyjä eri muodoissa.He ohjelmoivat materiaalin pysyvän muodon – muodon, johon se aina palaa, kun se laukeaa – käyttämällä vetyperoksidin ja mononatriumfosfaatin liuosta.
Kun muisti oli asetettu, arkki voitiin ohjelmoida uudelleen ja muotoilla uusiin muotoihin.
Esimerkiksi yksi keratiinilevy taitettiin monimutkaiseksi origami-tähdeksi pysyväksi muodokseen.Kun muisti oli asetettu, tutkijat upottivat tähden veteen, jossa se avautui ja muuttui muokattavaksi.Sieltä he rullasivat arkin tiiviiksi putkeksi.Kuivuttuaan arkki lukittiin täysin vakaaksi ja toimivaksi putkeksi.Prosessin kääntämiseksi he laittoivat putken takaisin veteen, jossa se rullautui auki ja taittui takaisin origamitähdeksi.
"Tämä kaksivaiheinen prosessi, jossa materiaali tulostetaan ja sitten asetetaan pysyvät muodot, mahdollistaa todella monimutkaisten muotojen valmistamisen, joissa on rakenteellisia ominaisuuksia mikronitasolle asti", Cera sanoi."Tämä tekee materiaalista sopivan monenlaisiin sovelluksiin tekstiilistä kudostekniikkaan."
"Käytetäänpä tällaisia kuituja rintaliivien valmistamiseen, joiden kupin kokoa ja muotoa voidaan muokata päivittäin, tai yritetäänkö tehdä käyttötekstiilejä lääketieteelliseen terapiaan, Lucan työn mahdollisuudet ovat laajat ja jännittävät", Parker sanoi."Jatkamme tekstiilien uudistamista käyttämällä biologisia molekyylejä teknisinä substraatteina, joita ei ole koskaan käytetty."
Postitusaika: 21.9.2020