Materiali

Harvard sviluppa tessuti stampati in 3D a base di cheratina che cambiano forma

Il tessuto potrebbe essere utilizzato per indossabili o dispositivi medici

Un team di ricerca della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha tratto ispirazione dai capelli per sviluppare un tessuto stampabile 3D  a base di cheratina che cambia la sua forma in base all’esposizione all’umidità utilizzando un concetto di memoria di forma. Poiché anche i capelli più pettinati diventano spesso ricci o crespi se esposti ad acqua o umidità, il materiale stampato in 3D può essere progettato con la propria memoria di forma.

È interessante notare che i capelli sono coinvolti in questo progetto in un altro modo: il materiale stampabile in 3D è esso stesso costituito da cheratina, una proteina fibrosa derivata da capelli, unghie e conchiglie. Nel lavoro di SEAS, ha utilizzato la cheratina prelevata dalla lana Agora avanzata dall’industria manifatturiera tessile.

L’obiettivo del progetto è produrre un tessuto biocompatibile che potrebbe essenzialmente restringersi o espandersi per adattarsi a chi lo indossa. Il materiale, realizzato con lana rimanente, potrebbe anche aiutare a ridurre gli sprechi nell’industria della moda e cambiare il modo in cui vengono utilizzati materiali. I ricercatori dicono che potrebbe essere utilizzato anche nel settore medico.

Materiale cheratina di Harvard

“Con questo progetto, abbiamo dimostrato che non solo possiamo riciclare la lana, ma possiamo costruire cose con la lana riciclata che non erano mai state immaginate prima”, ha spiegato Kit Parker, il professore della famiglia Tarr di bioingegneria e fisica applicata presso SEAS e senior autore dello studio. “Le implicazioni per la sostenibilità delle risorse naturali sono chiare. Con le proteine ​​della cheratina riciclate, possiamo fare altrettanto, o più, di quanto è stato fatto finora tosando gli animali e, così facendo, ridurre l’impatto ambientale dell’industria tessile e della moda”.

Alla base del lavoro del team di ricerca c’è la struttura della cheratina, che comprende un’unica catena a forma di struttura a molla (nota anche come alfa-elica). Quando due di queste catene si attorcigliano, forma una bobina arrotolata; molte bobine a spirale formano protofilamenti e, in definitiva, fibre di grandi dimensioni. Questa struttura conferisce forza alla cheratina e anche memoria di forma, il che significa che quando una fibra è esposta a un particolare stimolo, la struttura a molla si srotola. Quando viene esposto a un altro stimolo, si avvolge di nuovo nella sua forma originale.

In uno studio pubblicato sulla rivista Nature Materials il team SEAS ha dimostrato il proprio lavoro stampando in 3D una serie di fogli di cheratina di diverse forme. Ogni foglio è stato programmato per avere una forma permanente utilizzando una soluzione di perossido di idrogeno e fosfato monosodico. Successivamente, lo stesso foglio potrebbe essere riprogrammato.

In un esempio, il team ha impostato la forma permanente di un foglio stampato in 3D come una complessa stella origami. Quando la stella fu immersa nell’acqua, si aprì e divenne malleabile. Successivamente, hanno arrotolato il foglio in una forma di tubo stretto e lo hanno lasciato asciugare per formare una struttura del tubo stabile e funzionale. Quando il tubo è stato nuovamente immerso nell’acqua, il foglio si è trasformato in una stella origami.

Luca Cera, borsista post-dottorato presso SEAS e primo autore dell’articolo, ha detto del processo: “Questo processo in due fasi di stampa 3D del materiale e quindi l’impostazione delle sue forme permanenti consente la fabbricazione di forme davvero complesse con caratteristiche strutturali fino a il livello di micron. Ciò rende il materiale adatto a una vasta gamma di applicazioni, dall’ingegneria tessile a quella dei tessuti. “

Il team di ricerca afferma che il materiale che cambia forma potrebbe essere utilizzato per indossabili , come reggiseni adattabili o per applicazioni mediche. “Sia che tu stia utilizzando fibre come questa per realizzare reggiseni la cui dimensione e forma della coppa possono essere personalizzate ogni giorno, sia che tu stia cercando di realizzare tessuti di azionamento per terapie mediche, le possibilità del lavoro di Luca sono ampie ed entusiasmanti”, ha concluso Parker. “Stiamo continuando a reinventare i tessuti utilizzando molecole biologiche come substrati ingegneristici come non sono mai stati utilizzati prima”.

 

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