09.09.2020 - Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

El material similar a la lana puede recordar y cambiar de forma

El material podría utilizarse en textiles inteligentes, dispositivos médicos y más

Como cualquiera que se haya alisado el pelo sabe, el agua es el enemigo. El cabello cuidadosamente alisado por el calor rebotará en rizos en el momento en que toque el agua. ¿Por qué? Porque el cabello tiene memoria de forma. Sus propiedades materiales le permiten cambiar de forma en respuesta a ciertos estímulos y volver a su forma original en respuesta a otros.

¿Y si otros materiales, especialmente los textiles, tuvieran este tipo de memoria de forma? Imagine una camiseta con respiraderos que se abren cuando se expone a la humedad y se cierran cuando se seca, o una ropa de talla única que se estira o encoge a la medida de una persona.

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado un material biocompatible que puede ser impreso en 3D en cualquier forma y preprogramado con memoria de forma reversible. El material está hecho con queratina, una proteína fibrosa que se encuentra en el cabello, las uñas y las conchas. Los investigadores extrajeron la queratina de los restos de la lana de Agora utilizada en la fabricación de textiles.

La investigación podría ayudar al esfuerzo más amplio de reducir los residuos en la industria de la moda, uno de los mayores contaminadores del planeta. Ya, diseñadores como Stella McCarthy están reimaginando cómo la industria utiliza los materiales, incluyendo la lana.

"Con este proyecto, hemos demostrado que no sólo podemos reciclar la lana, sino que podemos construir cosas a partir de la lana reciclada que nunca antes se habían imaginado", dijo Kit Parker, el Profesor de Bioingeniería y Física Aplicada de la Familia Tarr en SEAS y autor principal del artículo. "Las implicaciones para la sostenibilidad de los recursos naturales son claras. Con la proteína de queratina reciclada, podemos hacer tanto o más de lo que se ha hecho hasta ahora esquilando animales y, al hacerlo, reducir el impacto ambiental de la industria textil y de la moda".

La clave de la capacidad de cambio de forma de la queratina es su estructura jerárquica, dijo Luca Cera, un becario de postdoctorado en SEAS y primer autor del artículo.

Una sola cadena de queratina está dispuesta en una estructura similar a un resorte conocida como alfa-hélice. Dos de estas cadenas se enroscan para formar una estructura conocida como bobina. Muchas de estas bobinas se ensamblan en protofilamentos y eventualmente en grandes fibras.

"La organización de la hélice alfa y los enlaces químicos conectivos le dan al material tanto fuerza como memoria de forma", dijo Cera.

Cuando una fibra se estira o se expone a un estímulo particular, las estructuras similares a un resorte se desenrollan, y los enlaces se realinean para formar hojas beta estables. La fibra permanece en esa posición hasta que se dispara para volver a enrollarse en su forma original.

Para demostrar este proceso, los investigadores imprimieron en 3D hojas de queratina en una variedad de formas. Programaron la forma permanente del material - la forma a la que siempre volverá cuando se dispare - usando una solución de peróxido de hidrógeno y fosfato monosódico.

Una vez que la memoria estaba establecida, la hoja podía ser reprogramada y moldeada en nuevas formas.

Por ejemplo, una lámina de queratina fue doblada en una estrella de origami compleja como su forma permanente. Una vez que se estableció la memoria, los investigadores sumergieron la estrella en agua, donde se desplegó y se hizo maleable. A partir de ahí, enrollaron la hoja en un tubo apretado. Una vez seca, la lámina se bloqueó como un tubo completamente estable y funcional. Para revertir el proceso, pusieron el tubo de nuevo en agua, donde se desenrolló y se volvió a doblar en una estrella de origami.

"Este proceso de dos pasos de impresión en 3D del material y luego de establecer sus formas permanentes permite la fabricación de formas realmente complejas con características estructurales hasta el nivel de las micras", dijo Cera. "Esto hace que el material sea adecuado para una amplia gama de aplicaciones desde el textil hasta la ingeniería de tejidos."

"Tanto si se utilizan fibras como esta para hacer sujetadores cuyo tamaño y forma de copa se puede personalizar cada día, como si se trata de hacer textiles actuadores para la terapéutica médica, las posibilidades del trabajo de Luca son amplias y emocionantes", dijo Parker. "Seguimos reimaginando los textiles utilizando moléculas biológicas como sustratos de ingeniería como nunca antes se han utilizado".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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