חומר דמוי צמר יכול לזכור ולשנות צורה

כפי שיודע כל מי שאי פעם החלק את שיערו, המים הם האויב.שיער שיושר בקפידה על ידי חום יקפוץ בחזרה לתלתלים ברגע שהוא נוגע במים.למה?כי לשיער יש זיכרון צורה.תכונות החומר שלו מאפשרות לו לשנות צורה בתגובה לגירויים מסוימים ולחזור לצורתו המקורית בתגובה לאחרים.
מה אם לחומרים אחרים, במיוחד טקסטיל, היה סוג זה של זיכרון צורות?דמיינו לעצמכם חולצת טי עם פתחי קירור שנפתחים בחשיפה ללחות ונסגרים כשהם יבשים, או בגדים חד-סידיים שנמתחים או מתכווצים למידותיו של אדם.
כעת, חוקרים מבית הספר להנדסה ולמדעים שימושיים בהרווארד ג'ון א. פולסון (SEAS) פיתחו חומר תואם ביולוגי שניתן להדפיס בתלת-ממד לכל צורה ולתכנת מראש עם זיכרון צורה הפיך.החומר מיוצר באמצעות קרטין, חלבון סיבי המצוי בשיער, בציפורניים ובקליפות.החוקרים הפיקו את הקרטין משאריות צמר אגורה המשמשות לייצור טקסטיל.
המחקר יכול לעזור למאמץ הרחב יותר של הפחתת הפסולת בתעשיית האופנה, אחד המזהמים הגדולים ביותר על פני כדור הארץ.כבר עכשיו, מעצבים כמו סטלה מקארתי מדמיינים מחדש את האופן שבו התעשייה משתמשת בחומרים, כולל צמר.
"עם הפרויקט הזה, הראינו שלא רק שאנחנו יכולים למחזר צמר אלא גם לבנות דברים מהצמר הממוחזר שמעולם לא דמיינו קודם לכן", אמרה קיט פרקר, פרופסור משפחת טאר לביו-הנדסה ופיזיקה שימושית ב-SEAS ובכיר. מחבר העיתון."ההשלכות על קיימות משאבי הטבע ברורות.עם חלבון קראטין ממוחזר, אנחנו יכולים לעשות בדיוק כמו הרבה, או יותר, ממה שנעשה על ידי גזירת בעלי חיים עד היום, ובכך להפחית את ההשפעה הסביבתית של תעשיית הטקסטיל והאופנה".
המחקר פורסם ב-Nature Materials.
המפתח ליכולות שינוי הצורה של הקרטין הוא המבנה ההיררכי שלו, אמר לוקה סרה, פוסט-דוקטורט ב-SEAS והמחבר הראשון של המאמר.
שרשרת בודדת של קרטין מסודרת למבנה דמוי קפיץ המכונה אלפא סליל.שתיים מהשרשרות הללו מתפתלות יחד ליצירת מבנה המכונה סליל מפותל.רבים מהסלילים המפותלים הללו מורכבים לפרוטופילמנטים ובסופו של דבר לסיבים גדולים.
"ארגון סליל האלפא והקשרים הכימיים המחברים מעניקים לחומר גם חוזק וגם זיכרון צורה", אמר סרה.
כאשר סיב נמתח או נחשף לגירוי מסוים, המבנים דמויי הקפיץ מתפתלים, והקשרים מתיישרים מחדש ליצירת יריעות בטא יציבות.הסיב נשאר במצב זה עד שהוא מופעל להתגלגל בחזרה לצורתו המקורית.
כדי להדגים תהליך זה, החוקרים הדפיסו דפי קרטין בהדפסה תלת-ממדית במגוון צורות.הם תכנתו את הצורה הקבועה של החומר - הצורה שאליה הוא תמיד יחזור כאשר הוא מופעל - באמצעות תמיסה של מי חמצן ומונוסודיום פוספט.
לאחר הגדרת הזיכרון, ניתן היה לתכנת מחדש את הגיליון ולעצב אותו לצורות חדשות.
לדוגמה, יריעת קרטין אחת הייתה מקופלת לכוכב אוריגמי מורכב כצורתו הקבועה.לאחר שהזיכרון נקבע, החוקרים הטביעו את הכוכב במים, שם הוא נפרש והפך לניתנת לגייסה.משם גלגלו את הסדין לצינור הדוק.לאחר שהתייבש, הסדין ננעל כצינור יציב ופונקציונלי לחלוטין.כדי להפוך את התהליך, הם החזירו את הצינור למים, שם הוא התגלגל והתקפל בחזרה לכוכב אוריגמי.
"תהליך דו-שלבי זה של הדפסת החומר בתלת-ממד ולאחר מכן קביעת צורותיו הקבועות מאפשר ייצור של צורות מורכבות באמת עם תכונות מבניות עד לרמת המיקרון", אמר סרה."זה הופך את החומר למתאים למגוון רחב של יישומים מטקסטיל ועד הנדסת רקמות."
"בין אם אתה משתמש בסיבים כמו זה לייצור חזיות שגודל הכוס וצורתן ניתנים להתאמה אישית מדי יום, ובין אם אתה מנסה לייצר טקסטיל הפעלה לטיפול רפואי, האפשרויות של עבודתו של לוקה הן רחבות ומרגשות", אמר פרקר."אנחנו ממשיכים לדמיין מחדש טקסטיל על ידי שימוש במולקולות ביולוגיות כמצעים הנדסיים כמו שמעולם לא נעשה בהם שימוש".