Όπως γνωρίζει όποιος έχει ισιώσει ποτέ τα μαλλιά του, το νερό είναι ο εχθρός.Τα μαλλιά που ισιώνονται με κόπο από τη θερμότητα θα ξαναγίνουν μπούκλες μόλις αγγίξουν το νερό.Γιατί;Επειδή τα μαλλιά έχουν μνήμη σχήματος.Οι ιδιότητες του υλικού του επιτρέπουν να αλλάζει σχήμα ως απόκριση σε ορισμένα ερεθίσματα και να επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα ως απάντηση σε άλλα.
Τι θα γινόταν αν άλλα υλικά, ειδικά τα υφάσματα, είχαν αυτό το είδος μνήμης σχήματος;Φανταστείτε ένα μπλουζάκι με αεραγωγούς ψύξης που ανοίγουν όταν εκτίθενται στην υγρασία και κλείνουν όταν στεγνώνουν, ή ενιαίο ρούχο που τεντώνεται ή συρρικνώνεται στα μέτρα ενός ατόμου.
Τώρα, ερευνητές στο Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ανέπτυξαν ένα βιοσυμβατό υλικό που μπορεί να εκτυπωθεί 3D σε οποιοδήποτε σχήμα και να προ-προγραμματιστεί με αναστρέψιμη μνήμη σχήματος.Το υλικό κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας κερατίνη, μια ινώδη πρωτεΐνη που βρίσκεται στα μαλλιά, τα νύχια και τα κοχύλια.Οι ερευνητές εξήγαγαν την κερατίνη από το εναπομείναν μαλλί Agora που χρησιμοποιείται στην υφαντουργία.
Η έρευνα θα μπορούσε να βοηθήσει στην ευρύτερη προσπάθεια μείωσης των απορριμμάτων στη βιομηχανία της μόδας, έναν από τους μεγαλύτερους ρυπαντές στον πλανήτη.Ήδη, σχεδιαστές όπως η Stella McCarthy αναθεωρούν πώς η βιομηχανία χρησιμοποιεί υλικά, συμπεριλαμβανομένου του μαλλιού.
«Με αυτό το έργο, δείξαμε ότι όχι μόνο μπορούμε να ανακυκλώσουμε το μαλλί, αλλά μπορούμε να κατασκευάσουμε πράγματα από το ανακυκλωμένο μαλλί που δεν είχαμε φανταστεί ποτέ πριν», δήλωσε ο Kit Parker, καθηγητής Βιομηχανικής και Εφαρμοσμένης Φυσικής της οικογένειας Tarr στο SEAS και ανώτερος συγγραφέας της εργασίας.«Οι συνέπειες για τη βιωσιμότητα των φυσικών πόρων είναι σαφείς.Με την ανακυκλωμένη πρωτεΐνη κερατίνης, μπορούμε να κάνουμε το ίδιο ή περισσότερα από ό,τι έχει γίνει με το κούρεμα των ζώων μέχρι σήμερα και, με αυτόν τον τρόπο, να μειώσουμε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κλωστοϋφαντουργίας και της βιομηχανίας μόδας».
Η έρευνα δημοσιεύεται στο Nature Materials.
Το κλειδί για τις ικανότητες της κερατίνης να αλλάζει σχήμα είναι η ιεραρχική της δομή, είπε ο Luca Cera, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο SEAS και πρώτος συγγραφέας της εργασίας.
Μια μονή αλυσίδα κερατίνης είναι διατεταγμένη σε μια δομή που μοιάζει με ελατήριο γνωστή ως άλφα-έλικα.Δύο από αυτές τις αλυσίδες συστρέφονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια δομή γνωστή ως περιελιγμένο πηνίο.Πολλά από αυτά τα κουλουριασμένα πηνία συναρμολογούνται σε πρωτονημάτια και τελικά σε μεγάλες ίνες.
«Η οργάνωση της άλφα έλικας και οι συνδετικοί χημικοί δεσμοί δίνουν στο υλικό δύναμη και μνήμη σχήματος», είπε η Cera.
Όταν μια ίνα τεντώνεται ή εκτίθεται σε ένα συγκεκριμένο ερέθισμα, οι δομές που μοιάζουν με ελατήρια ξετυλίγονται και οι δεσμοί ευθυγραμμίζονται εκ νέου για να σχηματίσουν σταθερά φύλλα βήτα.Η ίνα παραμένει σε αυτή τη θέση έως ότου ενεργοποιηθεί για να επανατυλιχθεί στο αρχικό της σχήμα.
Για να αποδείξουν αυτή τη διαδικασία, οι ερευνητές εκτύπωσαν τρισδιάστατα φύλλα κερατίνης σε διάφορα σχήματα.Προγραμμάτισαν το μόνιμο σχήμα του υλικού - το σχήμα στο οποίο θα επανέρχεται πάντα όταν ενεργοποιηθεί - χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου και φωσφορικού νατρίου.
Μόλις ρυθμιστεί η μνήμη, το φύλλο θα μπορούσε να επαναπρογραμματιστεί και να διαμορφωθεί σε νέα σχήματα.
Για παράδειγμα, ένα φύλλο κερατίνης διπλώθηκε σε ένα περίπλοκο αστέρι origami ως μόνιμο σχήμα του.Μόλις τέθηκε η μνήμη, οι ερευνητές βύθισαν το αστέρι στο νερό, όπου ξεδιπλώθηκε και έγινε εύπλαστο.Από εκεί κυλούσαν το φύλλο σε σφιχτό σωλήνα.Μόλις στεγνώσει, το φύλλο κλειδώθηκε ως ένας πλήρως σταθερός και λειτουργικός σωλήνας.Για να αντιστρέψουν τη διαδικασία, έβαλαν τον σωλήνα ξανά στο νερό, όπου ξετύλιξε και ξαναδιπλώθηκε σε ένα αστέρι origami.
«Αυτή η διαδικασία δύο σταδίων τρισδιάστατης εκτύπωσης του υλικού και στη συνέχεια ρύθμισης των μόνιμων σχημάτων του επιτρέπει την κατασκευή πολύ περίπλοκων σχημάτων με δομικά χαρακτηριστικά μέχρι το επίπεδο των μικρονίων», δήλωσε ο Cera."Αυτό καθιστά το υλικό κατάλληλο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών από την κλωστοϋφαντουργία έως τη μηχανική ιστών."
«Είτε χρησιμοποιείτε ίνες όπως αυτή για να φτιάξετε στηθόδεσμους των οποίων το μέγεθος και το σχήμα του φλιτζανιού μπορούν να προσαρμοστούν καθημερινά, είτε προσπαθείτε να φτιάξετε υφάσματα ενεργοποίησης για ιατρικά θεραπευτικά μέσα, οι δυνατότητες της δουλειάς του Luca είναι ευρείες και συναρπαστικές», είπε ο Parker.«Συνεχίζουμε να επανασχεδιάζουμε τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα χρησιμοποιώντας βιολογικά μόρια ως υποστρώματα μηχανικής όπως δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ πριν».
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-21-2020