Kiekvienas, kuris kada nors tiesino plaukus, žino, kad vanduo yra priešas.Kruopščiai nuo karščio ištiesinti plaukai sugrįš į garbanas, kai tik paliečia vandenį.Kodėl?Nes plaukai turi formos atmintį.Jo medžiagos savybės leidžia pakeisti formą reaguojant į tam tikrus dirgiklius ir grįžti į pradinę formą, reaguojant į kitus.
O kas, jei kitos medžiagos, ypač tekstilė, turėtų tokį formos atmintį?Įsivaizduokite marškinėlius su aušinimo angomis, kurios atsidaro veikiant drėgmei ir uždaromos išdžiūvus, arba universalius drabužius, kurie išsitampo arba susitraukia pagal žmogaus išmatavimus.
Dabar Harvardo Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos (SEAS) mokslininkai sukūrė biologiškai suderinamą medžiagą, kurią galima 3D spausdinti bet kokia forma ir iš anksto užprogramuoti grįžtamąją formos atmintį.Medžiaga pagaminta naudojant keratiną – pluoštinį baltymą, esantį plaukuose, naguose ir kiautuose.Tyrėjai ištraukė keratiną iš likusios Agoros vilnos, naudojamos tekstilės gamyboje.
Tyrimas galėtų padėti didinti pastangas mažinti atliekas mados pramonėje, kuri yra viena didžiausių teršėjų planetoje.Jau dabar dizaineriai, tokie kaip Stella McCarthy, iš naujo įsivaizduoja, kaip pramonė naudoja medžiagas, įskaitant vilną.
„Šiuo projektu parodėme, kad ne tik galime perdirbti vilną, bet iš perdirbtos vilnos galime sukurti daiktus, apie kuriuos anksčiau net neįsivaizdavome“, – sakė Kit Parker, Tarr šeimos bioinžinerijos ir taikomosios fizikos profesorius iš SEAS ir vyresnysis. straipsnio autorius.„Poveikis gamtos išteklių tvarumui yra aiškus.Su perdirbtu keratino baltymu galime nuveikti tiek pat arba daugiau, nei iki šiol buvo padaryta kirpdami gyvūnus, ir taip sumažinti tekstilės ir mados pramonės poveikį aplinkai.
Tyrimas paskelbtas Nature Materials.
Raktas į keratino gebėjimus keisti formą yra jo hierarchinė struktūra, sakė Luca Cera, SEAS doktorantas ir pirmasis šio straipsnio autorius.
Viena keratino grandinė yra išdėstyta į spyruoklinę struktūrą, žinomą kaip alfa spiralė.Dvi iš šių grandinių susisuka ir sudaro struktūrą, žinomą kaip suvyniota ritė.Daugelis šių suvyniotų ritinių yra surenkami į protofilamentus ir galiausiai didelius pluoštus.
„Alfa spiralės organizavimas ir jungiamieji cheminiai ryšiai suteikia medžiagai tvirtumo ir formos atminties“, - sakė Cera.
Kai pluoštas yra ištemptas arba veikiamas tam tikro dirgiklio, spyruoklinės struktūros išsivynioja, o ryšiai persirikiuoja, kad susidarytų stabilūs beta lakštai.Pluoštas išlieka tokioje padėtyje, kol jis vėl susivynioja į pradinę formą.
Norėdami parodyti šį procesą, mokslininkai 3D spausdino įvairių formų keratino lakštus.Naudodami vandenilio peroksido ir mononatrio fosfato tirpalą, jie užprogramavo medžiagos nuolatinę formą – formą, į kurią ji visada sugrįš, kai ją paleidžia.
Nustačius atmintį, lapą buvo galima perprogramuoti ir suformuoti į naujas formas.
Pavyzdžiui, vienas keratino lapas buvo sulankstytas į sudėtingą origami žvaigždę kaip nuolatinę formą.Kai atmintis buvo nustatyta, tyrėjai panardino žvaigždę į vandenį, kur ji išsiskleidė ir tapo lanksti.Iš ten jie suvyniojo lakštą į sandarų vamzdelį.Kai išdžiūvo, lakštas buvo užfiksuotas kaip visiškai stabilus ir funkcionalus vamzdis.Norėdami pakeisti procesą, jie įdėjo vamzdelį atgal į vandenį, kur jis išsivyniojo ir vėl susilenkė į origami žvaigždę.
"Šis dviejų etapų 3D medžiagos spausdinimo ir nuolatinių formų nustatymo procesas leidžia sukurti tikrai sudėtingas formas su struktūrinėmis savybėmis iki mikronų lygio", - sakė Cera.„Dėl to medžiaga tinka įvairiems tikslams nuo tekstilės iki audinių inžinerijos.
„Nesvarbu, ar naudojate tokius pluoštus, kad gamintumėte liemenėles, kurių kaušelio dydį ir formą galima pritaikyti kiekvieną dieną, ar bandote gaminti medicininę terapiją naudojančią tekstilę, Luca darbo galimybės yra plačios ir įdomios“, - sakė Parkeris."Mes ir toliau atnaujiname tekstilės gaminius, naudodami biologines molekules kaip inžinerinius substratus, kaip jie niekada nebuvo naudojami."
Paskelbimo laikas: 2020-09-21