Ikviens, kurš kādreiz ir iztaisnojis matus, zina, ūdens ir ienaidnieks.Mati, kas rūpīgi iztaisnoti karstuma ietekmē, atgriezīsies lokās, tiklīdz tie pieskaras ūdenim.Kāpēc?Jo matiem ir formas atmiņa.Tās materiālās īpašības ļauj tai mainīt formu, reaģējot uz noteiktiem stimuliem, un atgriezties sākotnējā formā, reaģējot uz citiem.
Kā būtu, ja citiem materiāliem, īpaši tekstilizstrādājumiem, būtu šāda veida formas atmiņa?Iedomājieties t-kreklu ar dzesēšanas atverēm, kas atveras, ja ir pakļautas mitrumam, un aizveras, kad tas ir sauss, vai universālu apģērbu, kas stiepjas vai saraujas pēc cilvēka izmēriem.
Tagad pētnieki no Hārvardas Džona Polsona Inženierzinātņu un lietišķo zinātņu skolas (SEAS) ir izstrādājuši bioloģiski saderīgu materiālu, ko var 3D izdrukāt jebkurā formā un iepriekš ieprogrammēt ar atgriezenisku formu atmiņu.Materiāls ir izgatavots, izmantojot keratīnu, šķiedru proteīnu, kas atrodams matos, nagos un gliemežvākos.Pētnieki ekstrahēja keratīnu no Agora vilnas pārpalikumiem, ko izmantoja tekstilizstrādājumu ražošanā.
Pētījums varētu palīdzēt plašākiem centieniem samazināt atkritumus modes industrijā, kas ir viens no lielākajiem piesārņotājiem uz planētas.Jau tagad dizaineri, piemēram, Stella McCarthy, pārdomā, kā nozare izmanto materiālus, tostarp vilnu.
"Ar šo projektu mēs parādījām, ka mēs varam ne tikai pārstrādāt vilnu, bet arī no otrreizēji izmantotas vilnas izgatavot lietas, kas nekad agrāk nav bijušas iedomāties," sacīja Kits Pārkers, Tarra ģimenes bioinženierijas un lietišķās fizikas profesors no SEAS un vecākais. darba autors.“Ietekme uz dabas resursu ilgtspējību ir skaidra.Izmantojot otrreizēji pārstrādātu keratīna proteīnu, mēs varam paveikt tikpat daudz vai vairāk nekā tas, ko līdz šim ir paveicis dzīvnieku cirpšana, un tādējādi samazināt tekstilrūpniecības un modes industrijas ietekmi uz vidi.
Pētījums ir publicēts Nature Materials.
Keratīna formas maiņas spēju atslēga ir tā hierarhiskā struktūra, sacīja Luka Cera, SEAS pēcdoktorantūra un pirmā darba autore.
Viena keratīna ķēde ir sakārtota atsperei līdzīgā struktūrā, kas pazīstama kā alfa spirāle.Divas no šīm ķēdēm savijas kopā, veidojot struktūru, kas pazīstama kā satīta spole.Daudzas no šīm satītām spolēm ir saliktas protofilamentos un galu galā lielās šķiedrās.
"Alfa spirāles organizācija un savienojošās ķīmiskās saites nodrošina materiālam gan izturību, gan formas atmiņu," sacīja Cera.
Kad šķiedra tiek izstiepta vai pakļauta noteiktam stimulam, atsperei līdzīgās struktūras atritinās, un saites tiek nomainītas, veidojot stabilas beta loksnes.Šķiedra paliek šajā pozīcijā, līdz tā tiek aktivizēta, lai atgrieztos sākotnējā formā.
Lai demonstrētu šo procesu, pētnieki 3D izdrukā dažādu formu keratīna loksnes.Viņi ieprogrammēja materiāla pastāvīgo formu — formu, kādā tas vienmēr atgriezīsies, kad tas tiks iedarbināts — izmantojot ūdeņraža peroksīda un mononātrija fosfāta šķīdumu.
Kad atmiņa bija iestatīta, lapu varēja pārprogrammēt un veidot jaunās formās.
Piemēram, viena keratīna loksne tika salocīta sarežģītā origami zvaigznē kā tās pastāvīgā forma.Kad atmiņa bija iestatīta, pētnieki iegremdēja zvaigzni ūdenī, kur tā izvērsās un kļuva kaļama.No turienes viņi loksni sarullēja ciešā caurulē.Kad lapa bija nožuvusi, tā tika bloķēta kā pilnībā stabila un funkcionāla caurule.Lai procesu mainītu, viņi ievietoja cauruli atpakaļ ūdenī, kur tā atritinājās un atkal salocījās origami zvaigznē.
"Šis divpakāpju process, kurā tiek drukāts materiāls 3D un pēc tam tiek iestatītas tā pastāvīgās formas, ļauj izgatavot patiešām sarežģītas formas ar strukturālām iezīmēm līdz mikronu līmenim," sacīja Cera."Tas padara materiālu piemērotu plašam lietojumu klāstam, sākot no tekstila līdz audu inženierijai."
"Neatkarīgi no tā, vai izmantojat šādas šķiedras, lai izgatavotu krūšturus, kuru kausa izmēru un formu var pielāgot katru dienu, vai arī mēģināt izgatavot iedarbināšanas tekstilizstrādājumus medicīniskai terapijai, Lūkas darba iespējas ir plašas un aizraujošas," sacīja Pārkers."Mēs turpinām pārdomāt tekstilizstrādājumus, izmantojot bioloģiskās molekulas kā inženiertehniskos substrātus, kā tie nekad agrāk nav izmantoti."
Publicēšanas laiks: 21. septembris — 2020