Como sabe cualquiera que alguna vez se haya alisado el cabello, el agua es el enemigo. El cabello cuidadosamente alisado por el calor recuperará los 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 enrespuesta a ciertos estímulos y volver a su forma original en respuesta a otros.
¿Qué pasaría 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 están secas, o ropa de talla única que se estira o encogelas medidas de una persona.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS de Harvard John A. Paulson han desarrollado un material biocompatible que puede imprimirse en 3D en cualquier forma y preprogramarse con memoria de forma reversible. El material está fabricado 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 de ágora utilizada en la fabricación de textiles.
La investigación podría ayudar al esfuerzo más amplio de reducir el desperdicio en la industria de la moda, uno de los mayores contaminadores del planeta. Ya, diseñadores como Stella McCarthy están reinventando cómo la industria usa materiales, incluida la lana.
"Con este proyecto, hemos demostrado que no solo podemos reciclar lana, sino que podemos construir cosas con lana reciclada que nunca antes se habían imaginado", dijo Kit Parker, profesor de bioingeniería y física aplicada de la familia Tarr en SEASy autor principal 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 esquilando animales hasta la fecha y, al hacerlo,reducir el impacto medioambiental de la industria textil y de la moda ".
La investigación se publica en Materiales de la naturaleza.
La clave para 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 está dispuesta en una estructura similar a un resorte conocida como hélice alfa. Dos de estas cadenas se retuercen juntas para formar una estructura conocida como bobina enrollada. Muchas de estas bobinas enrolladas se ensamblan en protofilamentos y, finalmente, fibras grandes.
"La organización de la hélice alfa y los enlaces químicos conectivos le dan al material resistencia y memoria de forma", dijo Cera.
Cuando una fibra se estira o se expone a un estímulo particular, las estructuras en forma de resorte 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 en 3D láminas de queratina 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 configurada la memoria, la hoja podría reprogramarse y moldearse en nuevas formas.
Por ejemplo, una hoja de queratina se dobló en una estrella de origami compleja 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 hoja en unatubo apretado. Una vez seca, la hoja se bloqueó como un tubo completamente estable y funcional. Para revertir el proceso, volvieron a poner el tubo en agua, donde se desenrolló y se volvió a doblar en una estrella de origami.
"Este proceso de dos pasos de imprimir en 3D el material y luego configurar 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 gamade aplicaciones desde la ingeniería textil a la de tejidos. "
"Ya sea que esté utilizando fibras como esta para fabricar sostenes cuyo tamaño y forma de copa se puede personalizar todos los días, o si está tratando de fabricar textiles de activación 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 habían usado".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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