Gall deunydd tebyg i wlân gofio a newid siâp

Fel y gŵyr unrhyw un sydd erioed wedi sythu eu gwallt, dŵr yw'r gelyn.Bydd gwallt wedi'i sythu'n ofalus gan wres yn bownsio'n ôl i gyrlau y funud y mae'n cyffwrdd â dŵr.Pam?Oherwydd bod gan wallt gof siâp.Mae ei briodweddau materol yn caniatáu iddo newid siâp mewn ymateb i ysgogiadau penodol a dychwelyd i'w siâp gwreiddiol mewn ymateb i rai eraill.
Beth os oedd gan ddeunyddiau eraill, yn enwedig tecstilau, y math hwn o gof siâp?Dychmygwch grys-t gyda fentiau oeri a agorodd pan oedd yn agored i leithder ac a gaewyd pan yn sych, neu ddillad un maint i bawb sy'n ymestyn neu'n crebachu i fesuriadau person.
Nawr, mae ymchwilwyr yn Ysgol Beirianneg a Gwyddorau Cymhwysol Harvard John A. Paulson (SEAS) wedi datblygu deunydd biocompatible y gellir ei argraffu 3D i unrhyw siâp a'i rag-raglennu gyda chof siâp cildroadwy.Gwneir y defnydd gan ddefnyddio ceratin, protein ffibrog a geir mewn gwallt, ewinedd a chregyn.Tynnodd yr ymchwilwyr y ceratin o wlân Agora dros ben a ddefnyddir mewn gweithgynhyrchu tecstilau.
Gallai'r ymchwil helpu'r ymdrech ehangach i leihau gwastraff yn y diwydiant ffasiwn, un o'r llygrwyr mwyaf ar y blaned.Eisoes, mae dylunwyr fel Stella McCarthy yn ail-ddychmygu sut mae'r diwydiant yn defnyddio deunyddiau, gan gynnwys gwlân.
“Gyda’r prosiect hwn, rydym wedi dangos nid yn unig y gallwn ailgylchu gwlân ond y gallwn adeiladu pethau allan o’r gwlân wedi’i ailgylchu na chafodd ei ddychmygu erioed o’r blaen,” meddai Kit Parker, Athro Biobeirianneg a Ffiseg Gymhwysol Teulu Tarr yn SEAS ac uwch. awdur y papur.“Mae’r goblygiadau ar gyfer cynaliadwyedd adnoddau naturiol yn glir.Gyda phrotein ceratin wedi’i ailgylchu, gallwn wneud cymaint, neu fwy, na’r hyn sydd wedi’i wneud drwy gneifio anifeiliaid hyd yn hyn ac, wrth wneud hynny, lleihau effaith amgylcheddol y diwydiant tecstilau a ffasiwn.”
Cyhoeddir yr ymchwil yn Nature Materials.
Yr allwedd i alluoedd newid siâp keratin yw ei strwythur hierarchaidd, meddai Luca Cera, cymrawd ôl-ddoethurol yn SEAS ac awdur cyntaf y papur.
Mae cadwyn sengl o keratin wedi'i threfnu'n strwythur tebyg i sbring a elwir yn alffa-helix.Mae dwy o'r cadwyni hyn yn troi at ei gilydd i ffurfio strwythur a elwir yn coil torchog.Mae llawer o'r coiliau torchog hyn yn cael eu cydosod yn brotoffilamentau ac yn y pen draw yn ffibrau mawr.
“Mae trefniadaeth yr helics alffa a’r bondiau cemegol cysylltiol yn rhoi cryfder a siâp i’r deunydd,” meddai Cera.
Pan fydd ffibr yn cael ei ymestyn neu'n agored i ysgogiad penodol, mae'r strwythurau tebyg i sbring yn dad-goelio, ac mae'r bondiau'n adlinio i ffurfio dalennau beta sefydlog.Mae'r ffibr yn aros yn y sefyllfa honno nes iddo gael ei ysgogi i coil yn ôl i'w siâp gwreiddiol.
Er mwyn dangos y broses hon, mae'r ymchwilwyr yn 3D-argraffu taflenni ceratin mewn amrywiaeth o siapiau.Fe wnaethant raglennu siâp parhaol y deunydd - y siâp y bydd bob amser yn dychwelyd iddo pan gaiff ei sbarduno - gan ddefnyddio hydoddiant o hydrogen perocsid a monosodiwm ffosffad.
Unwaith y byddai'r cof wedi'i osod, gellid ail-raglennu'r ddalen a'i mowldio i siapiau newydd.
Er enghraifft, cafodd un ddalen ceratin ei phlygu i mewn i seren origami cymhleth fel ei siâp parhaol.Ar ôl i'r cof gael ei osod, trodd yr ymchwilwyr y seren mewn dŵr, lle datblygodd a daeth yn hydrin.Oddi yno, fe wnaethon nhw rolio'r ddalen i mewn i diwb tynn.Unwaith y bydd yn sych, cafodd y daflen ei chloi i mewn fel tiwb cwbl sefydlog a swyddogaethol.I wrthdroi'r broses, maent yn rhoi'r tiwb yn ôl i mewn i ddŵr, lle mae'n unrolled a phlygu yn ôl i mewn i seren origami.
“Mae’r broses dau gam hon o argraffu’r deunydd yn 3D ac yna gosod ei siapiau parhaol yn caniatáu ar gyfer gwneud siapiau cymhleth iawn gyda nodweddion strwythurol i lawr i lefel y micron,” meddai Cera.“Mae hyn yn gwneud y deunydd yn addas ar gyfer ystod eang o gymwysiadau o beirianneg tecstilau i feinwe.”
“P'un a ydych chi'n defnyddio ffibrau fel hyn i wneud brassieres y gellir addasu maint a siâp eu cwpan bob dydd, neu os ydych chi'n ceisio gwneud tecstilau actio ar gyfer therapiwteg feddygol, mae posibiliadau gwaith Luca yn eang a chyffrous,” meddai Parker.“Rydym yn parhau i ail-ddychmygu tecstilau trwy ddefnyddio moleciwlau biolegol fel swbstradau peirianneg fel nad ydyn nhw erioed wedi cael eu defnyddio o'r blaen.”


Amser post: Medi-21-2020