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3D打印|陈根：具有形状记忆的智能纺织品，将带来什么颠覆？


文/陈根
我们知道 ， 哪怕经过高温精心拉直的头发一接触水依然会卷曲起来 ， 这是因为头发的形状记忆 ， 即头发的材料特性使它能够在某些刺激下改变形状 ， 并在其他刺激下回复到原来的形状 。
受此启发 ， 研究人员把研究对象转向了其他材料 ， 比如 ， 纺织品 。 一个关于纺织品形状记忆的具有前景的设想是：一件t恤衫 ， 在潮湿的环境下会打开 ， 在干燥的时候会关闭 ， 可以伸缩到与人的尺寸相当 ， 这也意味着 ， 这将是一件适合所有人的衣服 。

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现在 ， 哈佛大学的研究人员已经开发出一种生物相容性材料 ， 这种材料可以3D打印成任何形状 ， 并通过可逆形状记忆进行预编程 。
这种材料由角蛋白制成的 ， 角蛋白是一种存在于头发、指甲和贝壳中的纤维蛋白 。 从分子结构来看 ， 角蛋白的单链排列成一个弹簧状的结构 ， 称为α螺旋 ， 而正是α螺旋结构和连接的化学键赋予了这种材料强度和形状记忆能力 。
此外 ， 角蛋白其中的两条链条缠绕在一起形成了一种称为螺旋线圈的结构 。 许多这些卷曲的线圈被组装成原丝 ， 最终形成大纤维 ， 当一个特定的纤维片被拉伸或重新排列时 ， 纤维被拉伸成一个稳定的结构 。 纤维保持在这个位置 ， 直到它被触发卷回原来的形状 。
为了证明这一过程 ， 研究人员3D打印出各种形状的角蛋白片 。 他们用过氧化氢和磷酸一钠溶液来编程这种材料的永久形状——当触发时它总是会恢复到原来的形状 。 此外 ， 一旦设置好角蛋白的形状记忆 ， 就可以重新编程 ， 并将其塑造成新的形状 。
例如 ， 一个角蛋白片被折叠成一个复杂的折纸星作为它的永久形状 。 一旦记忆建立起来 ， 研究人员将恒星浸入水中 ， 在水中展开将变得可塑 。
研究人员设想了这种新型变形材料的一些有趣用途 。 他们认为 ， 该材料可以用来制作可定制形状和罩杯尺寸的胸罩、均码的t恤衫 ， 或者带有通风口的衣服 ， 这些衣服可以根据湿气而打开 。 通过这种方式 ， 研究人员希望这能帮助解决时尚行业的浪费问题 。
这项研究已发表在《自然材料》杂志上 。

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