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哈佛大學研發新型生物相容性材料,可3D打印成任何形狀

如意 ? 來源:OFweek電子工程網 ? 作者:陳根 ? 2020-09-05 10:25 ? 次閱讀

我們知道,哪怕經過高溫精心拉直的頭發一接觸水依然會卷曲起來,這是因為頭發的形狀記憶,即頭發的材料特性使它能夠在某些刺激下改變形狀,并在其他刺激下回復到原來的形狀。

受此啟發,研究人員把研究對象轉向了其他材料,比如,紡織品。一個關于紡織品形狀記憶的具有前景的設想是:一件t恤衫,在潮濕的環境下會打開,在干燥的時候會關閉,可以伸縮到與人的尺寸相當,這也意味著,這將是一件適合所有人的衣服。

現在,哈佛大學的研究人員已經開發出一種生物相容性材料,這種材料可以3D打印成任何形狀,并通過可逆形狀記憶進行預編程

這種材料由角蛋白制成的,角蛋白是一種存在于頭發、指甲和貝殼中的纖維蛋白。從分子結構來看,角蛋白的單鏈排列成一個彈簧狀的結構,稱為α螺旋,而正是α螺旋結構和連接的化學鍵賦予了這種材料強度和形狀記憶能力。

此外,角蛋白其中的兩條鏈條纏繞在一起形成了一種稱為螺旋線圈的結構。許多這些卷曲的線圈被組裝成原絲,最終形成大纖維,當一個特定的纖維片被拉伸或重新排列時,纖維被拉伸成一個穩定的結構。纖維保持在這個位置,直到它被觸發卷回原來的形狀。

為了證明這一過程,研究人員3D打印出各種形狀的角蛋白片。他們用過氧化氫和磷酸一鈉溶液來編程這種材料的永久形狀——當觸發時它總是會恢復到原來的形狀。此外,一旦設置好角蛋白的形狀記憶,就可以重新編程,并將其塑造成新的形狀。

例如,一個角蛋白片被折疊成一個復雜的折紙星作為它的永久形狀。一旦記憶建立起來,研究人員將恒星浸入水中,在水中展開將變得可塑。

研究人員設想了這種新型變形材料的一些有趣用途。他們認為,該材料可以用來制作可定制形狀和罩杯尺寸的胸罩、均碼的t恤衫,或者帶有通風口的衣服,這些衣服可以根據濕氣而打開。通過這種方式,研究人員希望這能幫助解決時尚行業的浪費問題。

這項研究已發表在《自然材料》雜志上。

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