縮毛矯正をしたことのある人なら誰でも知っているように、水は大敵です。熱で丁寧に伸ばした髪は、水に触れるとすぐにカールに戻ります。なんで？髪には形状記憶があるからです。その材料特性により、特定の刺激に反応して形状を変化させ、他の刺激に反応して元の形状に戻ることができます。
他の素材、特にテキスタイルがこのタイプの形状記憶を持っているとしたら?湿気にさらされると開き、乾燥すると閉じる冷却通気孔を備えた T シャツや、個人の寸法に合わせて伸びたり縮んだりするフリーサイズの衣類を想像してみてください。
現在、ハーバード ジョン A. ポールソン スクール オブ エンジニアリング アンド アプライド サイエンス (SEAS) の研究者は、任意の形状に 3D プリントでき、可逆的な形状記憶を事前にプログラムできる生体適合性材料を開発しました。この素材は、髪、爪、貝殻に含まれる繊維状タンパク質であるケラチンを使用して作られています。研究者は、繊維製造に使用される残りのアゴラウールからケラチンを抽出しました。
この研究は、地球上で最大の汚染源の 1 つであるファッション業界の廃棄物を削減するための幅広い取り組みに役立つ可能性があります。すでに、ステラ マッカーシーなどのデザイナーは、業界がウールなどの素材をどのように使用しているかを再考しています。
「このプロジェクトにより、ウールをリサイクルできるだけでなく、リサイクルされたウールから、これまで想像もできなかったものを構築できることが示されました」と、SEAS の生物工学および応用物理学のター ファミリー教授でシニア論文の著者。「天然資源の持続可能性への影響は明らかです。リサイクルされたケラチンタンパク質を使用することで、これまでの動物の毛刈りと同じかそれ以上のことができ、繊維やファッション業界の環境への影響を減らすことができます.」
この研究は Nature Materials に掲載されています。
ケラチンの形状変化能力の鍵は、その階層構造にある、と SEAS のポスドク研究員で論文の筆頭著者である Luca Cera は述べた。
ケラチンの 1 本の鎖は、アルファヘリックスとして知られるバネのような構造に配置されます。これらのチェーンの 2 つが一緒にねじれて、コイルド コイルとして知られる構造を形成します。これらのコイル状コイルの多くは、プロトフィラメントに組み立てられ、最終的には大きな繊維になります。
「アルファヘリックスと結合化学結合の構成は、材料に強度と形状記憶の両方を与えます」と Cera は言いました。
繊維が引き伸ばされたり、特定の刺激にさらされると、バネのような構造がほどけ、結合が再整列して安定したベータシートが形成されます。ファイバーは、コイルが元の形状に戻るようにトリガーされるまで、その位置にとどまります。
このプロセスを実証するために、研究者はさまざまな形状のケラチン シートを 3D プリントしました。彼らは、過酸化水素とリン酸一ナトリウムの溶液を使用して、材料の永続的な形状 (トリガーされると常に戻る形状) をプログラムしました。
メモリが設定されると、シートを再プログラムして新しい形状に成形することができます。
たとえば、1 つのケラチン シートは、恒久的な形状として複雑な折り紙の星に折り畳まれました。記憶がセットされると、研究者は星を水に浸し、そこで展開して可鍛性になった.そこから、彼らはシートをタイトなチューブに丸めました。乾燥すると、シートは完全に安定した機能的なチューブとして固定されました。プロセスを逆にするために、彼らはチューブを水に戻し、そこで広げて折りたたんで折り紙の星に戻しました.
「材料を 3D プリントし、その恒久的な形状を設定するこの 2 段階のプロセスにより、ミクロン レベルまでの構造的特徴を備えた非常に複雑な形状の製造が可能になります」と Cera 氏は述べています。「これにより、この材料は繊維から組織工学まで幅広い用途に適したものになります。」
「このような繊維を使用して、カップのサイズと形状を毎日カスタマイズできるブラジャーを作る場合でも、医療用の作動テキスタイルを作ろうとしている場合でも、ルカの仕事の可能性は広くて刺激的です」とパーカーは言いました.「これまでにない方法で生体分子を工学的基質として使用することで、テキスタイルを再考し続けています。」
投稿時間: Sep-21-2020