Como sabe cualquiera que se haya alisado el cabello alguna vez, el agua es el enemigo.El cabello cuidadosamente alisado con calor se recuperará en rizos en el momento en que toque el agua.¿Por qué?Porque el cabello tiene memoria de forma.Sus propiedades materiales le permiten cambiar de forma en respuesta a ciertos estímulos y volver a su forma original en respuesta a otros.
¿Y si otros materiales, especialmente los textiles, tuvieran este tipo de memoria de forma?Imagine una camiseta con rejillas de ventilación que se abren cuando se exponen a la humedad y se cierran cuando se secan, o ropa de talla única que se estira o se encoge según las medidas de una persona.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado un material biocompatible que se puede imprimir en 3D en cualquier forma y preprogramar con memoria de forma reversible.El material está hecho con queratina, una proteína fibrosa que se encuentra en el cabello, las uñas y las conchas.Los investigadores extrajeron la queratina de los restos de lana Agora utilizada en la fabricación textil.
La investigación podría ayudar al esfuerzo más amplio de reducir los desechos en la industria de la moda, uno de los mayores contaminantes del planeta.Diseñadores como Stella McCarthy ya están reinventando cómo la industria utiliza los materiales, incluida la lana.
"Con este proyecto, hemos demostrado que no solo podemos reciclar lana, sino que podemos construir cosas a partir de lana reciclada que nunca antes se habían imaginado", dijo Kit Parker, profesor de bioingeniería y física aplicada de la familia Tarr en SEAS y senior autor del artículo.“Las implicaciones para la sostenibilidad de los recursos naturales son claras.Con la proteína de queratina reciclada, podemos hacer tanto, o más, de lo que se ha hecho hasta la fecha mediante la esquila de animales y, al hacerlo, reducir el impacto ambiental de la industria textil y de la moda”.
La investigación se publica en Nature Materials.
La clave de las habilidades de cambio de forma de la queratina es su estructura jerárquica, dijo Luca Cera, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del artículo.
Una sola cadena de queratina se organiza en una estructura similar a un resorte conocida como hélice alfa.Dos de estas cadenas se retuercen para formar una estructura conocida como bobina enrollada.Muchas de estas bobinas enrolladas se ensamblan en protofilamentos y, finalmente, en fibras grandes.
“La organización de la hélice alfa y los enlaces químicos conectivos le dan al material tanto fuerza como memoria de forma”, dijo Cera.
Cuando una fibra se estira o se expone a un estímulo particular, las estructuras similares a resortes se desenrollan y los enlaces se realinean para formar láminas beta estables.La fibra permanece en esa posición hasta que se activa para volver a enrollarse en su forma original.
Para demostrar este proceso, los investigadores imprimieron láminas de queratina en 3D en una variedad de formas.Programaron la forma permanente del material, la forma a la que siempre volverá cuando se active, utilizando una solución de peróxido de hidrógeno y fosfato monosódico.
Una vez que se estableció la memoria, la hoja podría reprogramarse y moldearse en nuevas formas.
Por ejemplo, una hoja de queratina se dobló en una compleja estrella de origami como su forma permanente.Una vez que se estableció la memoria, los investigadores sumergieron la estrella en agua, donde se desplegó y se volvió maleable.A partir de ahí, enrollaron la sábana en un tubo apretado.Una vez seca, la lámina se encerró como un tubo totalmente estable y funcional.Para revertir el proceso, volvieron a colocar el tubo en el agua, donde se desenrolló y se dobló en una estrella de origami.
“Este proceso de dos pasos de imprimir el material en 3D y luego establecer sus formas permanentes permite la fabricación de formas realmente complejas con características estructurales hasta el nivel de micras”, dijo Cera."Esto hace que el material sea adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde textiles hasta ingeniería de tejidos".
“Ya sea que esté usando fibras como esta para hacer sostenes cuyo tamaño y forma de copa se pueden personalizar todos los días, o si está tratando de hacer textiles activos para terapias médicas, las posibilidades del trabajo de Luca son amplias y emocionantes”, dijo Parker.“Seguimos reimaginando los textiles mediante el uso de moléculas biológicas como sustratos de ingeniería como nunca antes se han utilizado”.
Hora de publicación: 21-sep-2020