Любы, хто калі-небудзь папраўляў валасы, ведае, што вада - вораг.Валасы, старанна выпрастаныя цяплом, адскочаць назад у кучары ў хвіліну, калі яны дакрануцца да вады.чаму?Бо валасы валодаюць памяццю формы.Яго матэрыяльныя ўласцівасці дазваляюць яму змяняць форму ў адказ на пэўныя раздражняльнікі і вяртацца да першапачатковай формы ў адказ на іншыя.
Што, калі іншыя матэрыялы, асабліва тэкстыль, валодаюць такім тыпам памяці формы?Уявіце сабе футболку з вентыляцыйнымі адтулінамі для астуджэння, якія адчыняюцца пры ўздзеянні вільгаці і зачыняюцца, калі высыхаюць, або вопратку аднаго памеру, якая расцягваецца або сціскаецца па мерках чалавека.
Цяпер даследчыкі з Гарвардскай школы інжынерыі і прыкладных навук імя Джона А. Полсана (SEAS) распрацавалі біясумяшчальны матэрыял, які можна надрукаваць на 3D-друку ў любую форму і папярэдне запраграмаваць зваротную памяць формы.Матэрыял зроблены з выкарыстаннем кератина, валакністага бялку, які змяшчаецца ў валасах, пазногцях і ракавінах.Даследчыкі здабылі керацін з рэшткаў воўны Agora, якая выкарыстоўваецца ў тэкстыльнай вытворчасці.
Даследаванне можа дапамагчы больш шырокім намаганням па скарачэнні адходаў у індустрыі моды, адной з самых вялікіх забруджвальнікаў на планеце.Ужо цяпер такія дызайнеры, як Стэла Макарці, пераасэнсоўваюць тое, як прамысловасць выкарыстоўвае матэрыялы, у тым ліку поўсць.
«Гэтым праектам мы паказалі, што не толькі можам перапрацоўваць воўну, але і будаваць рэчы з перапрацаванай воўны, якія ніколі раней не ўяўляліся», — сказаў Кіт Паркер, прафесар біяінжынерыі і прыкладной фізікі сям'і Тар у SEAS і старэйшы аўтар артыкула.«Наступствы для ўстойлівасці прыродных рэсурсаў відавочныя.З перапрацаваным бялком кератыну мы можам зрабіць столькі ж, а то і больш, чым тое, што дагэтуль стрыглі жывёл, і, робячы гэта, паменшыць уздзеянне тэкстыльнай і моднай індустрыі на навакольнае асяроддзе».
Даследаванне апублікавана ў Nature Materials.
Ключ да здольнасці кераціну змяняць форму - гэта яго іерархічная структура, сказаў Лука Сера, дактарант SEAS і першы аўтар артыкула.
Адзіная ланцужок кератина арганізавана ў структуру, падобную на спружыну, вядомую як альфа-спіраль.Дзве з гэтых ланцугоў скручваюцца разам, утвараючы структуру, вядомую як спіраль.Многія з гэтых скручаных спіралі збіраюцца ў пратафіламенты і, у канчатковым выніку, у вялікія валакна.
«Арганізацыя альфа-спіралі і злучальных хімічных сувязяў надаюць матэрыялу трываласць і памяць формы», — сказаў Сера.
Калі валакно расцягваецца або падвяргаецца ўздзеянню пэўнага раздражняльніка, спружыністыя структуры раскручваюцца, і сувязі перабудоўваюцца, утвараючы стабільныя бэта-лісты.Валакно застаецца ў такім становішчы, пакуль яно не вернецца ў зыходную форму.
Каб прадэманстраваць гэты працэс, даследчыкі надрукавалі керацінавыя лісты розных формаў з дапамогай 3D-друку.Яны запраграмавалі пастаянную форму матэрыялу - форму, да якой ён заўсёды будзе вяртацца пры спрацоўванні - з дапамогай раствора перакісу вадароду і фасфату натрыю.
Пасля ўстаноўкі памяці аркуш можна было перапраграмаваць і надаваць яму новыя формы.
Напрыклад, адзін керацінавы ліст быў складзены ў складаную зорку арыгамі ў якасці пастаяннай формы.Пасля таго, як памяць была ўстаноўлена, даследчыкі акунулі зорку ў ваду, дзе яна разгарнулася і стала падатлівай.Адтуль згарнулі ліст у шчыльную трубку.Пасля высыхання ліст быў зафіксаваны ў выглядзе цалкам стабільнай і функцыянальнай трубы.Каб павярнуць працэс назад, яны паклалі трубку назад у ваду, дзе яна разгарнулася і склалася ў зорку арыгамі.
«Гэты двухэтапны працэс 3D-друку матэрыялу і наступнага ўстанаўлення яго пастаянных формаў дазваляе ствараць сапраўды складаныя формы са структурнымі асаблівасцямі да мікроннага ўзроўню», — сказаў Сера.«Гэта робіць матэрыял прыдатным для шырокага спектру прымянення ад тэкстыльнай да тканкавай інжынерыі».
«Незалежна ад таго, выкарыстоўваеце вы такія валакна для вырабу бюстгальтараў, памер і форму кубкаў якіх можна наладжваць кожны дзень, ці вы спрабуеце вырабляць тэкстыльныя вырабы для медыцынскай тэрапіі, магчымасці працы Лукі шырокія і захапляльныя», — сказаў Паркер.«Мы працягваем пераасэнсоўваць тэкстыль, выкарыстоўваючы біялагічныя малекулы ў якасці інжынерных субстратаў, як яны ніколі раней не выкарыстоўваліся».
Час публікацыі: 21 верасня 2020 г