Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS, США) разработали биосовместимый материал, который можно напечатать на 3D-принтере. Материал запоминает первоначальную форму, может приобретать новые и возвращаться к первому варианту. Из него можно шить «умную» одежду и медицинские текстильные изделия, сообщает пресс-служба SEAS. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Nature Materials.
Новый материал сделан из кератина – волокнистого белка, который содержится в волосах, ногтях и скорлупе. Авторы работы извлекли кератин из остатков шерсти, которую используют в текстильном производстве.
Кератин может изменять свою форму благодаря своей иерархической структуре. Одиночная цепочка кератина образует форму пружины, известную как альфа-спираль. Две таких цепочки скручиваются вместе, образуя структуру спиральной катушки. Много таких спиральных катушек собираются в протофиламенты и, в конечном итоге, в большие волокна.
Организация альфа-спирали и соединительные химические связи придают материалу прочность и наделяют его памятью формы, отмечают исследователи. Когда волокно растягивается или подвергается внешнему воздействию, пружинные структуры разматываются, и связи выравниваются, образуя стабильные бета-слои. Волокно остается в этом положении до тех пор, пока его не вернут в исходную форму.
Увидеть свойство памяти формы в действии могли те, кто хоть раз в жизни выпрямлял волосы. Волосы, тщательно выпрямленные горячим утюжком, снова начинают виться, как только коснутся воды. Свойства материала позволяют ему изменять форму в ответ на определенные стимулы и возвращаться к своей первоначальной форме в ответ на другие.
Чтобы проверить это свойство у нового материала, исследователи напечатали на 3D-принтере кератиновые листы самых разных форм. Они запрограммировали постоянную форму материала – форму, к которой листы всегда будут возвращаться при контакте с раствором перекиси водорода и мононатрийфосфата.
Так, у одного кератинового листа постоянной формой стала сложная звезда оригами. После того, как лист «запомнил» ее, исследователи окунули звезду в воду, где она развернулась и стала податливой. После этот лист свернули в плотную трубку – и в такой форме лист остался после высыхания. Чтобы обратить процесс вспять, трубку опустили в воду, где она раскрутилась и сложилась снова в звезду оригами.
[Фото: Luca Cera/Harvard SEAS]
