Com sap qualsevol que s'ha allisat els cabells, l'aigua és l'enemic.Els cabells estirats amb cura per la calor tornaran a rebotar en rínxols en el moment que toqui l'aigua.Per què?Perquè el cabell té memòria de forma.Les seves propietats materials li permeten canviar de forma en resposta a determinats estímuls i tornar a la seva forma original en resposta a altres.
I si altres materials, especialment els tèxtils, tinguessin aquest tipus de memòria de forma?Imagineu-vos una samarreta amb ventilacions de refrigeració que s'obre quan s'exposa a la humitat i es tanca quan s'asseca, o una roba de talla única que s'estira o es redueix a les mesures d'una persona.
Ara, els investigadors de l'Escola d'Enginyeria i Ciències Aplicades (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desenvolupat un material biocompatible que es pot imprimir en 3D en qualsevol forma i preprogramar amb memòria de forma reversible.El material està fet amb queratina, una proteïna fibrosa que es troba al cabell, les ungles i les closques.Els investigadors van extreure la queratina de les restes de llana Àgora utilitzada en la fabricació tèxtil.
La investigació podria ajudar a l'esforç més ampli de reduir els residus a la indústria de la moda, un dels majors contaminants del planeta.Ja, dissenyadors com Stella McCarthy estan reimaginant com la indústria utilitza materials, inclosa la llana.
"Amb aquest projecte, hem demostrat que no només podem reciclar la llana, sinó que també podem construir coses amb la llana reciclada que mai s'havien imaginat abans", va dir Kit Parker, professor de la família Tarr de Bioenginyeria i Física Aplicada a SEAS i sènior. autor del paper.“Les implicacions per a la sostenibilitat dels recursos naturals són clares.Amb la proteïna de queratina reciclada, podem fer tant, o més, que el que s'ha fet fins ara tocant animals i, en fer-ho, reduir l'impacte ambiental de la indústria tèxtil i de la moda".
La investigació es publica a Nature Materials.
La clau de les habilitats de canvi de forma de la queratina és la seva estructura jeràrquica, va dir Luca Cera, becari postdoctoral de SEAS i primer autor del document.
Una única cadena de queratina està disposada en una estructura semblant a una molla coneguda com alfa-hèlix.Dues d'aquestes cadenes es retorcen juntes per formar una estructura coneguda com a bobina enrotllada.Moltes d'aquestes bobines enrotllades s'acoblen en protofilaments i eventualment fibres grans.
"L'organització de l'hèlix alfa i els enllaços químics connectius donen al material força i memòria de forma", va dir Cera.
Quan una fibra s'estira o s'exposa a un estímul particular, les estructures semblants a una molla es desenrotllen i els enllaços s'alineen per formar làmines beta estables.La fibra roman en aquesta posició fins que s'activa per tornar a enrotllar-se a la seva forma original.
Per demostrar aquest procés, els investigadors van imprimir làmines de queratina en 3D en diverses formes.Van programar la forma permanent del material, la forma que sempre tornarà quan es desencadena, utilitzant una solució de peròxid d'hidrogen i fosfat monosòdic.
Un cop establerta la memòria, el full es podia reprogramar i modelar en noves formes.
Per exemple, un full de queratina es va plegar en una complexa estrella d'origami com a forma permanent.Un cop establerta la memòria, els investigadors van submergir l'estrella a l'aigua, on es va desplegar i es va tornar mal·leable.A partir d'aquí, van enrotllar el full en un tub estanc.Un cop sec, el full es va bloquejar com un tub totalment estable i funcional.Per invertir el procés, van tornar a posar el tub a l'aigua, on es va desenrotllar i es va tornar a plegar en una estrella d'origami.
"Aquest procés de dos passos d'impressió en 3D del material i després establir les seves formes permanents permet la fabricació de formes realment complexes amb característiques estructurals fins al nivell de micres", va dir Cera."Això fa que el material sigui adequat per a una àmplia gamma d'aplicacions, des de tèxtils fins a enginyeria de teixits".
"Tant si utilitzeu fibres com aquesta per fer sosténs la mida i la forma de la copa es poden personalitzar cada dia, com si intenteu fabricar tèxtils d'accionament per a terapèutica mèdica, les possibilitats del treball de Luca són àmplies i emocionants", va dir Parker."Continuem reimaginant els tèxtils utilitzant molècules biològiques com a substrats d'enginyeria com mai abans s'havien utilitzat".
Hora de publicació: 21-set-2020