Eins og allir sem hafa einhvern tímann sléttað hárið vita er vatn óvinurinn.Hár sem er vandlega sléttað af hita mun hoppa aftur í krullur um leið og það snertir vatn.Hvers vegna?Vegna þess að hár hefur lögunarminni.Efniseiginleikar þess gera það kleift að breyta um lögun til að bregðast við ákveðnu áreiti og fara aftur í upprunalegt form sem svar við öðrum.
Hvað ef önnur efni, sérstaklega vefnaðarvörur, hefðu þessa tegund af formminni?Ímyndaðu þér stuttermabol með kæliopum sem opnast þegar hann verður fyrir raka og lokast þegar hann er þurr, eða fatnaður sem hentar öllum sem teygir sig eða minnkar að mælum einstaklings.
Nú hafa vísindamenn við Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) þróað lífsamhæft efni sem hægt er að þrívíddarprenta í hvaða form sem er og forforrita það með afturkræfu formminni.Efnið er búið til með því að nota keratín, trefjaríkt prótein sem finnst í hári, nöglum og skeljum.Rannsakendur unnu keratínið úr afgangi af Agora ull sem notuð var við textílframleiðslu.
Rannsóknirnar gætu hjálpað víðtækari viðleitni til að draga úr sóun í tískuiðnaðinum, sem er einn stærsti mengunarvaldur jarðar.Nú þegar eru hönnuðir eins og Stella McCarthy að endurmynda hvernig iðnaðurinn notar efni, þar á meðal ull.
„Með þessu verkefni höfum við sýnt að við getum ekki aðeins endurunnið ull heldur getum við byggt hluti úr endurunninni ull sem hefur aldrei verið ímyndað áður,“ sagði Kit Parker, Tarr fjölskylduprófessor í lífverkfræði og hagnýtri eðlisfræði við SEAS og eldri. höfundur blaðsins.„Áhrifin á sjálfbærni náttúruauðlinda eru skýr.Með endurunnu keratínpróteini getum við gert jafn mikið, eða meira, en gert hefur verið með því að klippa dýr til þessa og draga þannig úr umhverfisáhrifum textíl- og tískuiðnaðarins.“
Rannsóknin er birt í Nature Materials.
Lykillinn að hæfileikum keratíns til að breyta lögun er stigveldisbygging þess, sagði Luca Cera, nýdoktor við SEAS og fyrsti höfundur greinarinnar.
Einni keðju af keratíni er raðað í fjaðralíka byggingu sem kallast alfa-helix.Tvær af þessum keðjum snúast saman til að mynda uppbyggingu sem kallast spóluspóla.Margar af þessum vafningum eru settar saman í frumþræði og að lokum stórar trefjar.
"Skipulag alfa-helixsins og tengiefnatengi gefa efninu bæði styrk og formminni," sagði Cera.
Þegar trefjar teygjast eða verða fyrir ákveðnu áreiti, spóla fjöðrlíku mannvirkin upp og tengslin jafnast aftur til að mynda stöðug beta-blöð.Trefjarinn helst í þeirri stöðu þar til hún er látin spóla aftur í upprunalega lögun.
Til að sýna fram á þetta ferli, þrívíddarprentuðu vísindamennirnir keratínblöð í ýmsum stærðum.Þeir forrituðu varanlega lögun efnisins - lögunina sem það mun alltaf fara aftur í þegar það er kveikt - með því að nota lausn af vetnisperoxíði og mónónatríumfosfati.
Þegar minnið var stillt var hægt að endurforrita blaðið og móta það í ný form.
Til dæmis var eitt keratínblað brotið saman í flókna origamistjörnu sem varanleg lögun þess.Þegar minnið var stillt dýfðu vísindamennirnir stjörnunni í vatn þar sem hún braut sig út og varð sveigjanleg.Þaðan rúlluðu þeir blaðinu í þétt rör.Þegar það hefur þornað var lakið læst inni sem fullkomlega stöðugt og virkt rör.Til að snúa ferlinu við settu þeir túpuna aftur í vatn, þar sem það rúllaði upp og brotnaði aftur í origami stjörnu.
„Þetta tveggja þrepa ferli að þrívíddarprenta efnið og setja síðan varanleg lögun þess gerir kleift að búa til mjög flókin form með byggingareiginleika niður á míkronstig,“ sagði Cera.„Þetta gerir efnið hentugt fyrir margs konar notkun, allt frá textíl til vefjaverkfræði.
„Hvort sem þú ert að nota svona trefjar til að búa til brjóstahaldara þar sem hægt er að aðlaga bollastærð og lögun á hverjum degi, eða þú ert að reyna að búa til vefnaðarvörur fyrir læknisfræðilegar meðferðir, þá eru möguleikar vinnu Luca breiðir og spennandi,“ sagði Parker.„Við höldum áfram að endurmynda vefnaðarvöru með því að nota líffræðilegar sameindir sem verkfræðilegt hvarfefni eins og þær hafa aldrei verið notaðar áður.
Birtingartími: 21. september 2020