Powstały w ostatnich latach szum wokół produkcji odzieży ekologicznej ma wpłynąć na lepszą gospodarkę odpadami oraz zmniejszenie negatywnego wpływu biznesu na środowisko. Poza wzrostem świadomości konsumentów cieszą nas również projekty naukowe mające odmienić ten rynek. Jednym z owoców tych badań jest materiał stworzony przez naukowców z wydziału School of Engineering and Applied Sciences Uniwersytetu Harvarda.

Włókno do druku 3D z białek keratynowych

Najnowsze badania prowadzone w SEAS zaowocowały powstaniem filamentu, w skład którego wchodzi białko keratynowe. Co więcej, materiał ma umożliwić nie tylko drukowanie złożonych elementów o różnych kształtach, ale także zaprogramować pamięć kształtu wyzwalaną wodą.

Przykładem obrazującym sposób działania tego materiału będzie ludzki włos, którego głównym budulcem jest właśnie keratyna. Specyficzna struktura keratyny pozwala nam modyfikować kształt włosów (np. pod wpływem wilgoci), ale również wrócić do pierwotnego wyglądu (po wyschnięciu).

Na tej samej zasadzie ma działać stworzony przez badaczy SEAS biokompatybilny, hierarchicznie ustrukturyzowany materiał z pamięcią kształtu, nadający się do druku 3D. 

Jak twierdzą autorzy projektu, wyniki eksperymentu wykazały, że mogą nie tylko recyklingować wełnę, ale również tworzyć z niej rzeczy, które do tej pory były technicznie nieosiągalne. Przetworzone białko keratynowe wykorzystane do produkcji tekstyliów jest nie tylko ekologiczne, ale również dużo bardziej wydajne niż tradycyjne strzyżenie zwierząt w celu wyprodukowania wełny. Czy to oznacza niemałą rewolucję w przemyśle modowym?

Co sprawia, że keratyna jest tak wyjątkowa?

O ile wielu z nas keratyna kojarzy się jedynie z prostowaniem włosów, to tak naprawdę wszechstronny i bioaktywny polimer znajdujący zastosowanie w przemyśle — od rolnictwa po inżynierię biomedyczną. Gdzie znajdziemy najwięcej keratyny? Jest ona głównym składnikiem naskórka, znajduje się we włosach, paznokciach, piórach, wełnie czy kopytach. 

Co jednak wpływa na jej zdolności do zmiany i powrotu do pierwotnego kształtu? Wszystko to możliwe jest dzięki jej hierarchicznej strukturze, która w pojedynczym łańcuchu przypomina swoją strukturą sprężynę. Dwa łańcuchy tworzą zwiniętą cewkę, co następnie buduje protofilamenty, a ostatecznie duże włókna. Alfa-helisa, czyli wcześniej wspomniana sprężyna, odpowiada właśnie za nadanie materiałowi wytrzymałości oraz pamięci kształtu.

Zmianę kształtu takiego włókna zatem możemy przyrównać do rozciąganej sprężyny, która pod wpływem działania bodźców zewnętrznych się wydłuża. Włókno pozostaje w nowej pozycji aż do wyzwolenia pierwotnego kształtu, co w eksperymencie osiągnięto poprzez użycie roztworu nadtlenku wodoru i fosforanu sodu. 

Aby zaprezentować działanie tego materiału, badacze z SEAS wydrukowali reagujący na wilgoć model origami, który można było rozkładać i przekształcać. Po wyschnięciu włókna traciły swoją plastyczność i pozostawały w nowej formie. Odwrócenie procesu zachodziło po ponownym zwilżeniu materiału. Do stworzenia opisanego materiału posłużyła wyekstrahowana keratyna z resztek wełny angorskiej. Do druku wykorzystano platformę BIO X firmy Cellink. 

Jak wykorzystać takie włókna?

Jak twierdzą autorzy, stworzony przez nich materiał może być wykorzystany na przykład do produkcji biustonoszy, w których rozmiar i kształt miseczek będzie dostosowywana każdorazowo do kształtu ciała. Mogą to być również tkaniny wykorzystywane w celach medycznych, a także odzież sportowa.

Kolejnym aspektem jest ekologia. Duże koncerny modowe od dawna walczą z oskarżeniami o zanieczyszczanie środowiska i wciąż starają się zoptymalizować produkcję, ale również zarządzanie odpadami.

Każdego tygodnia docierają do nas doniesienia o coraz to nowszych i bardziej zaawansowanych materiałach nadających się do druku 3D. W tym wypadku mamy do czynienia z prawdziwym przełomem. Biozgodność oraz wpływ na ekologię są nie do przecenienia. Nam pozostaje trzymać kciuki za szybki rozwój projektu na szeroką skalę. Pamięć kształtu to zdecydowanie jeden z gorętszych tematów, nie tylko w druku 3D, ale całej inżynierii!

Źródło:
https://3dprint.com/272718/harvard-team-develops-shape-memory-material-for-smart-3d-printed-fabrics/