Као што свако ко је икада исправљао косу зна, вода је непријатељ.Коса пажљиво исправљена топлотом ће се вратити у коврџе чим додирне воду.Зашто?Зато што коса има меморију облика.Својства материјала омогућавају му да промени облик као одговор на одређене стимулусе и да се врати у првобитни облик као одговор на друге.
Шта ако други материјали, посебно текстил, имају ову врсту меморије облика?Замислите мајицу са отворима за хлађење који се отварају када су изложени влази и затварају када су суви, или одећу у једној величини која се растеже или скупља до мере особе.
Сада су истраживачи на Харвардској школи за инжењерство и примењене науке Џона А. Полсона (СЕАС) развили биокомпатибилан материјал који се може 3Д штампати у било који облик и унапред програмирати помоћу реверзибилне меморије облика.Материјал је направљен од кератина, влакнастог протеина који се налази у коси, ноктима и шкољкама.Истраживачи су извукли кератин из остатака Агора вуне која се користи у производњи текстила.
Истраживање би могло помоћи ширим напорима да се смањи отпад у модној индустрији, једном од највећих загађивача на планети.Већ сада дизајнери као што је Стела Макарти поново замишљају како индустрија користи материјале, укључујући вуну.
„Овим пројектом смо показали да не само да можемо да рециклирамо вуну, већ да од рециклиране вуне можемо да направимо ствари које никада раније нису биле замишљене“, рекао је Кит Паркер, професор биоинжењеринга и примењене физике породице Тар у СЕАС-у и старији аутор рада.„Импликације на одрживост природних ресурса су јасне.Са рециклираним кератинским протеином можемо учинити исто толико или више од онога што је до сада урађено стрижењем животиња и на тај начин смањити утицај текстилне и модне индустрије на животну средину.”
Истраживање је објављено у Натуре Материалс.
Кључ за способност кератина да мења облик је његова хијерархијска структура, рекао је Луца Цера, постдокторски сарадник на СЕАС-у и први аутор рада.
Један ланац кератина је распоређен у структуру налик на опругу познату као алфа-хеликс.Два од ових ланца се увијају заједно да формирају структуру познату као намотани калем.Многи од ових намотаних намотаја се склапају у протофиламенте и на крају велика влакна.
„Организација алфа хеликса и везивне хемијске везе дају материјалу снагу и памћење облика“, рекао је Цера.
Када се влакно истегне или изложи одређеном стимулусу, структуре налик опругама се одмотају, а везе се поново поравнавају да формирају стабилне бета-лимове.Влакно остаје у том положају све док се не покрене да се намота назад у првобитни облик.
Да би демонстрирали овај процес, истраживачи су 3Д штампали кератинске листове у различитим облицима.Они су програмирали трајни облик материјала - облик у који ће се увек враћати када се активира - користећи раствор водоник пероксида и мононатријум фосфата.
Када се меморија постави, лист се може поново програмирати и обликовати у нове облике.
На пример, један кератински лист је пресавијен у сложену оригами звезду као његов стални облик.Када је памћење постављено, истраживачи су замочили звезду у воду, где се она развила и постала савитљива.Одатле су умотали чаршав у чврсту цев.Када се осуши, лист је закључан као потпуно стабилна и функционална цев.Да би преокренули процес, вратили су цев у воду, где се одмотала и савила назад у оригами звезду.
„Овај процес у два корака 3Д штампања материјала и затим постављања његових трајних облика омогућава израду заиста сложених облика са структурним карактеристикама до нивоа микрона“, рекао је Цера."Ово чини материјал погодним за широк спектар примена од текстила до инжењерства ткива."
„Било да користите оваква влакна за прављење грудњака чија се величина и облик шољице могу прилагођавати сваки дан, или покушавате да направите покретачки текстил за медицинску терапију, могућности Луциног рада су широке и узбудљиве“, рекао је Паркер."Настављамо да поново замишљамо текстил користећи биолошке молекуле као инжењерске супстрате као што никада раније нису коришћени."
Време објаве: 21.09.2020