머리를 곧게 펴본 사람이라면 누구나 알겠지만 물은 적입니다.열에 힘겹게 펴진 머리카락은 물에 닿는 순간 컬로 되돌아옵니다.왜요?머리카락에는 모양 기억이 있기 때문입니다.그것의 물질적 특성으로 인해 특정 자극에 반응하여 모양이 바뀌고 다른 자극에 반응하여 원래 모양으로 돌아갈 수 있습니다.
다른 재료, 특히 직물에 이러한 유형의 형상 기억이 있다면 어떨까요?습기에 노출되면 열리고 건조되면 닫히는 냉각 통풍구가 있는 티셔츠 또는 사람의 치수에 맞게 늘어나거나 줄어들며 모든 사람이 입을 수 있는 옷을 상상해 보십시오.
이제 Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 연구원들은 모든 모양으로 3D 인쇄할 수 있고 가역적 형상 기억으로 사전 프로그래밍될 수 있는 생체 적합성 재료를 개발했습니다.이 소재는 머리카락, 손톱 및 껍질에서 발견되는 섬유질 단백질인 케라틴을 사용하여 만들어집니다.연구진은 섬유 제조에 사용되는 남은 아고라 양모에서 케라틴을 추출했습니다.
이 연구는 지구상에서 가장 큰 오염원 중 하나인 패션 산업에서 폐기물을 줄이기 위한 광범위한 노력에 도움이 될 수 있습니다.이미 Stella McCarthy와 같은 디자이너는 업계에서 양모를 포함한 재료를 사용하는 방식을 다시 상상하고 있습니다.
"이 프로젝트를 통해 우리는 양모를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 이전에는 상상할 수 없었던 것을 재활용된 양모로 만들 수 있음을 보여주었습니다." 논문의 저자.“천연 자원의 지속 가능성에 대한 의미는 분명합니다.재활용된 케라틴 단백질을 사용하면 지금까지 동물의 털을 깎는 것보다 훨씬 더 많은 일을 할 수 있으며 그렇게 함으로써 섬유 및 패션 산업의 환경적 영향을 줄일 수 있습니다.”
이번 연구는 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 게재됐다.
SEAS의 박사후 연구원이자 논문의 제1저자인 Luca Cera는 케라틴의 형태 변화 능력의 핵심은 계층적 구조라고 말했습니다.
케라틴의 단일 사슬은 알파 나선으로 알려진 스프링과 같은 구조로 배열됩니다.이 체인 중 두 개가 함께 꼬여서 코일형 코일로 알려진 구조를 형성합니다.이러한 코일 코일의 대부분은 원형 필라멘트와 결국 큰 섬유로 조립됩니다.
"알파 나선 구조와 결합 화학 결합은 재료에 강도와 형상 기억을 부여합니다."라고 Cera가 말했습니다.
섬유가 늘어나거나 특정 자극에 노출되면 스프링과 같은 구조가 풀리고 결합이 재정렬되어 안정적인 베타 시트를 형성합니다.섬유는 원래 모양으로 다시 감기도록 트리거될 때까지 해당 위치에 남아 있습니다.
이 과정을 입증하기 위해 연구원들은 다양한 모양의 케라틴 시트를 3D 인쇄했습니다.그들은 과산화수소와 인산일나트륨 용액을 사용하여 재료의 영구적인 모양(방아쇠를 당겼을 때 항상 돌아가는 모양)을 프로그래밍했습니다.
메모리가 설정되면 시트를 다시 프로그래밍하고 새로운 모양으로 성형할 수 있습니다.
예를 들어, 한 케라틴 시트는 영구적인 모양으로 복잡한 종이접기 별 모양으로 접혔습니다.일단 기억이 정해지면 연구자들은 별을 물에 담그자 별이 펼쳐져 가단성이 되었습니다.거기에서 그들은 시트를 단단한 튜브로 굴렸습니다.건조되면 시트는 완전히 안정적이고 기능적인 튜브로 고정됩니다.이 과정을 역전시키기 위해 그들은 튜브를 물에 다시 넣었고, 튜브를 풀고 종이접기 별 모양으로 다시 접었습니다.
Cera는 "재료를 3D 프린팅한 다음 영구적인 모양을 설정하는 이 2단계 프로세스를 통해 구조적 특징이 마이크론 수준까지 내려가는 정말 복잡한 모양을 제작할 수 있습니다."라고 말했습니다."이것은 직물에서 조직 공학에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 적합한 재료입니다."
Parker는 "이와 같은 섬유를 사용하여 컵 크기와 모양을 매일 맞춤화할 수 있는 브래지어를 만들거나 의료 치료를 위한 작동 직물을 만들려고 하든 간에 Luca 작업의 가능성은 넓고 흥미진진합니다."라고 말했습니다."우리는 생물학적 분자를 이전에 사용된 적이 없는 공학 기질로 사용하여 직물을 계속 재해석하고 있습니다."
게시 시간: 2020년 9월 21일