مواد پشم مانند می توانند به خاطر بسپارند و شکل را تغییر دهند

همانطور که هر کسی که تا به حال موهای خود را صاف کرده می داند، آب دشمن است.موهایی که به سختی در اثر حرارت صاف شده اند، به محض تماس با آب، دوباره به حالت فر در می آیند.چرا؟زیرا مو حافظه شکلی دارد.خواص مادی آن به آن این امکان را می دهد که در پاسخ به محرک های خاص تغییر شکل دهد و در پاسخ به محرک های دیگر به شکل اولیه خود بازگردد.
اگر مواد دیگر، به ویژه منسوجات، این نوع حافظه شکل را داشته باشند، چه؟تی شرتی را تصور کنید که دریچه‌های خنک‌کننده‌ای دارد که در معرض رطوبت باز می‌شوند و در صورت خشک شدن بسته می‌شوند، یا لباس‌های یک‌اندازه‌ای که به اندازه‌های فرد کشیده یا کوچک می‌شوند.
در حال حاضر، محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) یک ماده زیست سازگار ساخته اند که می تواند به صورت سه بعدی به هر شکلی چاپ شود و با حافظه شکل برگشت پذیر از قبل برنامه ریزی شود.این ماده با استفاده از کراتین، پروتئین فیبری موجود در مو، ناخن و پوسته ساخته شده است.محققان کراتین را از پشم باقی مانده آگورا که در تولید پارچه استفاده می شود استخراج کردند.
این تحقیق می‌تواند به تلاش گسترده‌تر برای کاهش زباله در صنعت مد، یکی از بزرگترین آلاینده‌های روی کره زمین کمک کند.در حال حاضر، طراحانی مانند Stella McCarthy در حال تجسم مجدد نحوه استفاده صنعت از مواد، از جمله پشم هستند.
کیت پارکر، استاد مهندسی زیستی و فیزیک کاربردی خانواده تار در SEAS و کارشناس ارشد، گفت: با این پروژه نشان دادیم که نه تنها می‌توانیم پشم را بازیافت کنیم، بلکه می‌توانیم چیزهایی از پشم بازیافتی بسازیم که قبلاً تصور نمی‌شد. نویسنده مقالهپیامدهای پایداری منابع طبیعی روشن است.با پروتئین کراتین بازیافتی، ما می‌توانیم به همان اندازه یا بیشتر از آنچه تاکنون با قیچی کردن حیوانات انجام شده است، انجام دهیم و با انجام این کار، اثرات زیست‌محیطی صنعت نساجی و مد را کاهش دهیم.»
این تحقیق در Nature Materials منتشر شده است.
لوکا سرا، محقق فوق دکترا در SEAS و اولین نویسنده مقاله، گفت: کلید توانایی های کراتین در تغییر شکل ساختار سلسله مراتبی آن است.
یک زنجیره منفرد از کراتین در ساختاری فنر مانند به نام آلفا-مارپیچ قرار گرفته است.دو تا از این زنجیره‌ها به هم می‌پیچند و ساختاری را تشکیل می‌دهند که به آن سیم پیچی می‌گویند.بسیاری از این سیم‌پیچ‌های سیم‌پیچ به صورت پروتوفیلامنت‌ها و در نهایت الیاف بزرگ مونتاژ می‌شوند.
سرا گفت: "سازمان مارپیچ آلفا و پیوندهای شیمیایی همبند به مواد هم قدرت و هم حافظه شکل می دهد."
هنگامی که یک فیبر کشیده می شود یا در معرض یک محرک خاص قرار می گیرد، ساختارهای فنر مانند از هم باز می شوند و پیوندها مجدداً برای تشکیل صفحات بتا پایدار قرار می گیرند.فیبر در آن موقعیت باقی می ماند تا زمانی که تحریک شود تا به شکل اولیه خود بپیچد.
برای نشان دادن این فرآیند، محققان صفحات کراتین را به اشکال مختلف با پرینت سه بعدی پرینت کردند.آنها با استفاده از محلولی از پراکسید هیدروژن و مونوسدیم فسفات، شکل دائمی مواد را برنامه ریزی کردند - شکلی که همیشه در هنگام تحریک به آن باز می گردد.
هنگامی که حافظه تنظیم شد، ورق را می توان دوباره برنامه ریزی کرد و به اشکال جدید قالب گیری کرد.
به عنوان مثال، یک ورقه کراتینه به عنوان شکل دائمی آن به شکل یک ستاره پیچیده اوریگامی تا شده است.پس از تنظیم حافظه، محققان ستاره را در آب غوطه ور کردند، جایی که باز شد و شکل پذیر شد.از آنجا، ورق را به یک لوله محکم درآوردند.پس از خشک شدن، ورق به عنوان یک لوله کاملاً پایدار و کاربردی قفل شد.برای معکوس کردن روند، آنها لوله را دوباره در آب قرار دادند، جایی که باز شد و دوباره به یک ستاره اوریگامی تا شد.
سرا می‌گوید: «این فرآیند دو مرحله‌ای پرینت سه بعدی مواد و سپس تنظیم شکل‌های دائمی آن، امکان ساخت اشکال واقعاً پیچیده با ویژگی‌های ساختاری تا سطح میکرون را فراهم می‌کند.این ماده را برای طیف وسیعی از کاربردها از مهندسی نساجی تا مهندسی بافت مناسب می‌کند.»
پارکر گفت: "چه از الیافی مانند این برای ساخت سینه بندهایی استفاده کنید که اندازه و شکل فنجان آنها را می توان هر روز سفارشی کرد، یا سعی می کنید منسوجات تحریک کننده برای درمان های پزشکی بسازید، امکانات کار لوکا گسترده و هیجان انگیز است."ما همچنان با استفاده از مولکول‌های بیولوژیکی به عنوان بسترهای مهندسی، به تصویرسازی مجدد منسوجات ادامه می‌دهیم که قبلاً هرگز استفاده نشده است.»