哈佛研究人员开发出一种生物相容性形状记忆材料

据外媒报道,像形状记忆合金等可以变形并根据需要恢复到原始状态的材料将对航空航天、机器人技术甚至时尚界都能带来重大影响,现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经开发出一种生物相容性形状记忆材料,该材料可以3D打印为任何形状,并可以进行可逆形状记忆的预编程。这种材料是用角蛋白制成的,角蛋白是一种在头发,指甲和贝壳中发现的纤维蛋白。研究人员从用于纺织制造的剩余Agora羊毛中提取了角蛋白。该研究发表在《自然材料》上。

哈佛研究人员开发出一种生物相容性形状记忆材料

这项研究将有助于减少时装业的浪费,这是地球上最大的污染源之一。像斯特拉·麦卡锡(Stella McCarthy)这样的设计师已经在重新构想该行业如何使用材料,包括羊毛。

研究人员说,角蛋白变形能力的关键在于其层次结构。角蛋白的单链排列成称为α-螺旋的弹簧状结构。这些链条中的两条扭曲在一起,形成称为线圈的结构。这些盘绕的线圈中的许多被组装成原丝,并最终组装成大纤维。α螺旋的组织和连接化学键赋予材料强度和形状记忆。

当纤维拉伸或暴露于特定刺激下时,弹簧状结构会解开,并且键会重新排列以形成稳定的β折叠。光纤保持在该位置,直到被触发卷成其原始形状。

为了证明这一过程,研究人员通过3D打印各种形状的角蛋白片。他们使用过氧化氢和磷酸—-钠溶液对材料的永久形状进行编程—–触发后它将恢复原来形状。

研究人员说:“通过两步3D打印材料,然后设置其永久形状,可以制造出结构特征低至微米级别的真正复杂的形状。” “这使该材料适用于从纺织到组织工程的广泛应用。”

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