Như những ai đã từng duỗi tóc đều biết, nước là kẻ thù.Tóc được làm thẳng một cách cẩn thận bởi nhiệt sẽ bật trở lại thành những lọn tóc ngay khi tiếp xúc với nước.Tại sao?Vì tóc có trí nhớ hình dạng.Thuộc tính vật chất của nó cho phép nó thay đổi hình dạng để đáp ứng với các kích thích nhất định và trở lại hình dạng ban đầu để đáp ứng với những kích thích khác.
Điều gì sẽ xảy ra nếu các vật liệu khác, đặc biệt là vải dệt, có loại bộ nhớ hình dạng này?Hãy tưởng tượng một chiếc áo phông có lỗ thông hơi làm mát mở ra khi tiếp xúc với hơi ẩm và đóng lại khi khô, hoặc quần áo một cỡ vừa vặn có thể co giãn hoặc thu nhỏ theo số đo của một người.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) đã phát triển một vật liệu tương thích sinh học có thể in 3D thành bất kỳ hình dạng nào và được lập trình trước với bộ nhớ hình dạng có thể đảo ngược.Vật liệu này được làm bằng keratin, một loại protein dạng sợi có trong tóc, móng tay và vỏ.Các nhà nghiên cứu đã chiết xuất keratin từ len Agora còn sót lại được sử dụng trong sản xuất dệt may.
Nghiên cứu có thể giúp nỗ lực rộng rãi hơn trong việc giảm thiểu chất thải trong ngành thời trang, một trong những ngành gây ô nhiễm lớn nhất hành tinh.Hiện tại, các nhà thiết kế như Stella McCarthy đang hình dung lại cách ngành công nghiệp sử dụng vật liệu, bao gồm cả len.
“Với dự án này, chúng tôi đã chứng minh rằng không chỉ chúng tôi có thể tái chế len mà còn có thể tạo ra những thứ từ len tái chế mà trước đây chưa từng có trong tưởng tượng”, Kit Parker, Giáo sư Kỹ thuật Sinh học và Vật lý Ứng dụng của Gia đình Tarr cho biết. tác giả của bài báo.“Các tác động đối với tính bền vững của tài nguyên thiên nhiên là rõ ràng.Với protein keratin tái chế, chúng ta có thể làm được nhiều hơn hoặc nhiều hơn những gì đã làm bằng cách xén lông động vật cho đến nay và bằng cách đó, giảm tác động môi trường của ngành dệt may và thời trang. "
Nghiên cứu được công bố trên Nature Materials.
Luca Cera, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại SEAS và là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết chìa khóa cho khả năng thay đổi hình dạng của keratin là cấu trúc phân cấp của nó.
Một chuỗi keratin đơn lẻ được sắp xếp thành một cấu trúc giống như lò xo được gọi là chuỗi xoắn alpha.Hai trong số những chuỗi này xoắn lại với nhau để tạo thành một cấu trúc được gọi là một cuộn dây cuộn.Nhiều cuộn trong số các cuộn được cuộn này được lắp ráp thành các sợi nhỏ và cuối cùng là các sợi lớn.
Cera cho biết: “Tổ chức của chuỗi xoắn alpha và các liên kết hóa học liên kết mang lại cho vật liệu cả độ bền và khả năng ghi nhớ hình dạng.
Khi một sợi bị kéo căng hoặc tiếp xúc với một kích thích cụ thể, các cấu trúc giống như lò xo sẽ bung ra và các liên kết sắp xếp lại để tạo thành các tấm beta ổn định.Sợi vẫn ở vị trí đó cho đến khi nó được kích hoạt để cuộn trở lại hình dạng ban đầu.
Để chứng minh quá trình này, các nhà nghiên cứu đã in 3D các tấm keratin với nhiều hình dạng khác nhau.Họ đã lập trình hình dạng vĩnh viễn của vật liệu - hình dạng mà nó sẽ luôn trở lại khi được kích hoạt - bằng cách sử dụng dung dịch hydrogen peroxide và monosodium phosphate.
Sau khi bộ nhớ được thiết lập, trang tính có thể được lập trình lại và đúc thành các hình dạng mới.
Ví dụ, một tờ giấy keratin đã được gấp thành một ngôi sao origami phức tạp như hình dạng vĩnh viễn của nó.Sau khi bộ nhớ được thiết lập, các nhà nghiên cứu nhúng ngôi sao vào nước, nơi nó mở ra và trở nên dễ uốn.Từ đó, họ cuộn tấm giấy thành một ống chặt.Sau khi khô, tấm được khóa lại như một ống hoạt động và ổn định hoàn toàn.Để đảo ngược quá trình, họ đặt ống trở lại nước, nơi nó được cuộn lại và gấp lại thành một ngôi sao origami.
Cera cho biết: “Quy trình in 3D vật liệu gồm hai bước này và sau đó thiết lập các hình dạng vĩnh viễn của nó cho phép chế tạo các hình dạng thực sự phức tạp với các đặc điểm cấu trúc xuống đến cấp độ micrômet,” Cera nói.“Điều này làm cho vật liệu phù hợp với một loạt các ứng dụng từ dệt may đến kỹ thuật mô.”
Parker cho biết: “Cho dù bạn đang sử dụng những sợi như thế này để sản xuất áo ngực có kích thước và hình dạng cốc có thể tùy chỉnh hàng ngày, hay bạn đang cố gắng tạo ra loại vải hoạt động cho trị liệu y tế, thì khả năng công việc của Luca rất rộng và thú vị.“Chúng tôi đang tiếp tục hình dung lại hàng dệt bằng cách sử dụng các phân tử sinh học làm chất nền kỹ thuật như chúng chưa từng được sử dụng trước đây”.
Thời gian đăng bài: 21/09-2020