Come sa chiunque abbia mai stirato i capelli, l'acqua è il nemico.I capelli accuratamente stirati dal calore torneranno a formare ricci nel momento in cui toccano l'acqua.Come mai?Perché i capelli hanno memoria di forma.Le sue proprietà materiche gli consentono di cambiare forma in risposta a determinati stimoli e di tornare alla sua forma originale in risposta ad altri.
E se altri materiali, soprattutto tessili, avessero questo tipo di memoria di forma?Immagina una maglietta con prese d'aria di raffreddamento che si aprono quando è esposta all'umidità e si chiude quando è asciutta, o capi di una taglia unica che si allungano o si restringono in base alle misure di una persona.
Ora, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un materiale biocompatibile che può essere stampato in 3D in qualsiasi forma e preprogrammato con memoria di forma reversibile.Il materiale è realizzato con cheratina, una proteina fibrosa che si trova nei capelli, nelle unghie e nelle conchiglie.I ricercatori hanno estratto la cheratina dalla lana Agora rimasta utilizzata nella produzione tessile.
La ricerca potrebbe aiutare il più ampio sforzo di riduzione degli sprechi nel settore della moda, uno dei maggiori inquinatori del pianeta.Designer come Stella McCarthy stanno già reinventando il modo in cui il settore utilizza i materiali, compresa la lana.
"Con questo progetto, abbiamo dimostrato che non solo possiamo riciclare la lana, ma possiamo costruire cose dalla lana riciclata che non erano mai state immaginate prima", ha affermato Kit Parker, professore di bioingegneria e fisica applicata della famiglia Tarr presso SEAS e senior autore della carta.“Le implicazioni per la sostenibilità delle risorse naturali sono chiare.Con la proteina della cheratina riciclata, possiamo fare tanto, o più, di quanto è stato fatto finora con la tosatura degli animali e, così facendo, ridurre l'impatto ambientale dell'industria tessile e della moda".
La ricerca è pubblicata su Nature Materials.
La chiave delle capacità di mutaforma della cheratina è la sua struttura gerarchica, ha affermato Luca Cera, un borsista post-dottorato presso SEAS e primo autore del documento.
Una singola catena di cheratina è disposta in una struttura a molla nota come alfa-elica.Due di queste catene si attorcigliano insieme per formare una struttura nota come bobina a spirale.Molte di queste bobine arrotolate sono assemblate in protofilamenti e alla fine in grandi fibre.
"L'organizzazione dell'alfa elica e dei legami chimici connettivi conferiscono al materiale forza e memoria di forma", ha affermato Cera.
Quando una fibra viene allungata o esposta a uno stimolo particolare, le strutture a molla si srotolano e i legami si riallineano per formare fogli beta stabili.La fibra rimane in quella posizione fino a quando non viene attivata per avvolgersi di nuovo nella sua forma originale.
Per dimostrare questo processo, i ricercatori hanno stampato fogli di cheratina in 3D in una varietà di forme.Hanno programmato la forma permanente del materiale - la forma a cui tornerà sempre quando attivato - utilizzando una soluzione di perossido di idrogeno e fosfato monosodico.
Una volta impostata la memoria, il foglio può essere riprogrammato e modellato in nuove forme.
Ad esempio, un foglio di cheratina è stato piegato in una complessa stella di origami come forma permanente.Una volta fissata la memoria, i ricercatori hanno immerso la stella nell'acqua, dove si è spiegata ed è diventata malleabile.Da lì, hanno arrotolato il foglio in un tubo stretto.Una volta asciutto, il foglio è stato bloccato come un tubo completamente stabile e funzionale.Per invertire il processo, hanno rimesso il tubo nell'acqua, dove si è srotolato e ripiegato in una stella di origami.
"Questo processo in due fasi di stampa 3D del materiale e quindi di impostazione delle sue forme permanenti consente la fabbricazione di forme davvero complesse con caratteristiche strutturali fino al livello del micron", ha affermato Cera."Questo rende il materiale adatto per una vasta gamma di applicazioni, dal tessile all'ingegneria dei tessuti".
"Sia che tu stia utilizzando fibre come questa per realizzare reggiseni le cui dimensioni e forma della coppa possono essere personalizzate ogni giorno, o che tu stia cercando di realizzare tessuti di attivazione per terapie mediche, le possibilità del lavoro di Luca sono ampie ed entusiasmanti", ha affermato Parker."Stiamo continuando a reimmaginare i tessuti utilizzando molecole biologiche come substrati ingegneristici come non sono mai stati usati prima".
Orario di pubblicazione: 21 settembre 2020