材料発明:ハーバード大学が織物用の3 Dプリント形状記憶ウール様材料を開発

ハーバード大学の研究者は、形状記憶を持つ生物分解性で持続可能な羊毛状材料を開発し、3 D印刷を行い、斬新な織物や他の製品を作成することができる。

ハーバード大学のジョン・ボルソン工学と応用科学学院(SEAS)のチームが、回収材料から作られた生物材料を開発した。材料3 Dは任意の形状に印刷し、可逆形状記憶を用いてプリプログラミングすることができる。

この発明は、研究者が創造した材料が紡績業の余剰廃棄物を利用して製造されただけでなく、大量の廃棄物を生成するこの産業がより持続可能になるのを助けることができるため、意義が大きい。

このグループはSEAS生物工学と応用物理教授Kit Parkerがリードし,残りのAgoraと馬海毛から抽出した角タンパク質から材料を開発した。角タンパク質は、髪、爪、貝殻で発見された繊維タンパク質であり、多くの皮膚および髪ケア製品にも使用されている。

パーカー氏はニュース声明で、「このプロジェクトを通じて、羊毛を回収できるだけでなく、想像したことのない回収羊毛で物を作ることができることを証明した。これは自然資源の持続可能性に影響を及ぼした。除去した」と述べた。

形状記憶ソリューション

SEASの博士後研究員Luca Cera氏は、研究チームが開発した材料は繊維や3 D織物に加工でき、人間の髪のように水によって触発される形状記憶特性を持っていると説明した。

形状記憶は,材料が永久形状であっても一時形状であってもよいことを意味し,より汎用的な服装の開発に有用である。

Ceraは「デザインニュース」に「特定の刺激の下で材料に任意と一時の形状を与えることができる」と伝えた。「刺激が除去されると、材料は一時的な形状を維持します。刺激が再び適用されると、材料はその永久形状を記憶し、動的に永久形状に変換されます。」

彼は、この特性をアパレル業界に応用して、人体のサイズに適応できるフルサイズのアパレルを製造することができ、「ビール店やスポーツウェアなどのアパレルの快適さを高めた」と話した。

Cera氏は「エネルギー吸収装置は別の応用であり、より快適な防護装備を設計する可能性がある」と付け加えた。

重大な問題.

彼は「デザインニュース」に、角タンパク質タンパク質の二次構造の再配列により、角タンパク質は固有の形状記憶特性を持っていると説明した。αらせんがβ折りたたみ」。

Cera氏は「この転移は負荷下で起こり,水がある場合にトリガーされる可能性がある」と説明した。「角質タンパク質の天然繊維と層状構造を保持する方法でこの材料を設計し、すべての長さ範囲で異方性の方法で組織した。αヘリカルで、形状記憶メカニズムが表示されます。」

この過程を実証するために，種々の形状のケラチンシートを3 Dで印刷し，過酸化水素とリン酸一ナトリウム溶液を用いて材料の永久形状をプログラミングした。これは、材料がその刺激を変化させた後に常に戻る形状である。

メモリを設定すると、板材を再プログラミングして新しい形状に成形できることがわかりました。

研究者が行った試験は、角タンパク質シートを永久形状として複雑な折り紙恒星に折り畳むことである。そして、彼らは恒星を水に浸し、それを展開して伸長性を生じさせ、それを緊密な管に巻き、安定した形状に乾燥させた。その後、彼らは試験管を水に戻してこの過程を逆転させ、試験管を展開し、動的に折り紙星に折り畳んだ。

同グループは「自然材料」誌にその仕事に関する論文を発表した。

将来の応用

パーカー氏は、研究者が現在、スポーツウェアメーカーとこの材料をファッションにどのように応用するかを議論していると教えてくれた。

彼は「デザインニュース」に「服装には持続可能で、知能材料が達成できる様々な環境に適応できる多くの応用がある」と話した。

Parked氏は、研究チームが注目している材料の他の応用は心血管再生医学にあると付け加えた。

材料工学の観点から,研究者は形状記憶システムの応答能力を水から光,熱,化学信使などの他のトリガ因子に拡張する計画であり,Ceraは私たちに教えてくれた。

彼は「設計ニュース」に「私たちの将来の研究は紡績品と薄紙工事におけるより具体的な応用に集中し、私たちの形状記憶技術に基づいて機能的な設備を実現する」と話した。