Il biomateriale a memoria di forma che ricorda la sua struttura

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Alcuni ricercatori hanno sviluppato un nuovo biomateriale in grado di riacquistare la forma iniziale dopo essere stato deformato
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Memoria di forma: cosa intendiamo? Come sa fin troppo bene chiunque si sia stirato i capelli, l’acqua è il nemico. I capelli accuratamente stirati dal calore rimbalzeranno in riccioli non appena toccheranno l’acqua. Perché?

Perché i capelli hanno memoria di forma. Le sue proprietà materiali gli consentono di cambiare struttura in risposta a determinati stimoli e quindi tornare alla sua forma originale in risposta ad altri.

E se altri materiali, in particolare i tessuti, avessero questo tipo di memoria di forma?

Immagina una maglietta con prese d’aria di raffreddamento che si aprono se esposte all’umidità e si chiudono quando sono asciutte, o indumenti di taglia unica che si allungano o si restringono alle misure di una persona.

Una nuova ispirazione dai capelli

Ora, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un biomateriale biocompatibile che può essere stampato in 3D in qualsiasi struttura e pre-programmato con memoria di forma reversibile. Tale materiale a memoria di forma è costituito da cheratina, una proteina fibrosa presente nei capelli, nelle unghie e nelle conchiglie. I ricercatori hanno estratto la cheratina dalla lana di capra d’Angora utilizzata nella produzione tessile.

La chiave per le capacità di cambiamento della forma della cheratina è la sua struttura gerarchica, ha spiegato Luca Cera, borsista post-dottorato presso SEAS e primo autore dell’articolo. Una singola catena di cheratina è disposta in una struttura simile a una molla nota come alfa-elica. Due di queste catene si attorcigliano insieme per formare una struttura nota come bobina a spirale. Molte di queste bobine  possono essere assemblate in protofilamenti e poi in fibre di grandi dimensioni.

“L’organizzazione dell’alfa elica e dei legami chimici connettivi conferiscono al biomateriale forza e memoria di forma”, ha affermato Cera.

Allungando la fibra o sottoponendola a deformazioni, le sue strutture a molla si srotolano e i legami si riallineano per formare fogli beta stabili. La fibra rimane in quella posizione fino ad una nuova deformazione per riavvolgersi nella sua forma originale. Per dimostrare questo processo, i ricercatori hanno stampato in 3D fogli di cheratina in svariate forme.

Ad esempio, un foglio di cheratina è stato piegato in una complessa stella origami come forma permanente. Stabilita la forma, i ricercatori hanno immerso la stella nell’acqua, dove si è dispiegata diventando malleabile. A questo punto, il materiale è stato piegato a forma stabile tubolare. Il materiale quindi, una volta immerso nell’acqua, è tornato alla forma origami.

Il biomateriale rivoluzionerà innumerevoli campi

“Questo processo in due fasi di stampa 3D del biomateriale e quindi l’impostazione delle sue forme permanenti consente la fabbricazione di forme davvero complesse con caratteristiche strutturali fino al livello del micron“, ha detto Cera.

“Questo rende il biomateriale a memoria di forma adatto a una vasta gamma di applicazioni, dall’ingegneria tessile a quella dei tessuti”.

Questa ricerca potrebbe dare un grande contributo nella  riduzione degli sprechi nell’industria della moda, uno dei maggiori inquinatori del pianeta. Designer come Stella McCartney stanno già reinventando il modo in cui l’industria utilizza i materiali, compresa la lana.

“Le implicazioni per la sostenibilità delle risorse naturali sono chiare. Con le proteine ​​cheratiniche riciclate, possiamo ottenere gli stessi risultati ottenuti dalla tosatura degli animali fino ad oggi e, così facendo, ridurre l’impatto ambientale del tessuto e l’industria della moda “.

ha detto Kit Parker, professore di bioingegneria e fisica applicata al SEAS e autore senior del paper. I ricercatori riportano il loro lavoro in un articolo su Nature Materials.

“Sia che tu stia utilizzando fibre come questa per realizzare reggiseni la cui dimensione e forma della coppa possono essere personalizzate ogni giorno, o che tu stia cercando di realizzare tessuti di azionamento per terapie mediche, le possibilità del lavoro di Luca sono ampie ed entusiasmanti”, ha detto Parker.

“Stiamo continuando a reinventare i tessuti utilizzando molecole biologiche come substrati ingegneristici come non sono mai stati utilizzati prima”.

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