Nguồn: Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A Paulson

Các nhà khoa học tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A Paulson (SEAS) đã tạo ra vật liệu nhớ hình. Vật liệu tương thích sinh học này được cài đặt bất kỳ hình dạng nào, thay đổi hình dạng khi có một số tác động nhất định và có thể trở lại hình dạng ban đầu. Vật liệu này được làm bằng keratin, một loại protein dạng sợi.

Keratin được tìm thấy trong tóc, móng tay và vỏ sò. Vật liệu giống như len này có thể ghi nhớ thông tin 3 chiều của bất kỳ hình dạng nào và được cài đặt sẵn với bộ nhớ hình dạng có thể đảo ngược. Các nhà nghiên cứu đã tách keratin từ xơ len Agora phế thải của quá trình dệt may.

Nghiên cứu này có thể giúp giảm thiểu rác thải trong ngành thời trang, một trong những ngành gây ô nhiễm lớn nhất thế giới. Hiện tại, các nhà thiết kế như Stella McCarthy đang xem xét lại ngành thời trang sử dụng vật liệu này như thế nào bao gồm cả len.

Kit Parker, giáo sư Kỹ thuật Sinh học và Vật lý Ứng dụng tại SEAS, đồng tác giả của bài báo cho biết ” Dự án này đã chứng minh rằng chúng tôi không chỉ có thể tái chế len mà còn có thể tạo ra nhiều thứ khác từ len tái chế – điều mà trước đây chúng tôi chưa từng nghĩ tới. Ý nghĩa đối với tính bền vững của các nguồn tài nguyên thiên nhiên là rất rõ ràng. Với protein keratin tái chế, chúng ta có thể làm được nhiều hơn những gì đang làm hiện nay, đó là việc xén lông các loại động vật và điều này làm giảm tác động đến môi trường của ngành dệt may và thời trang”.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Materials. Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi Trung tâm Khoa học và Kỹ thuật Nghiên cứu Vật liệu của Đại học Harvard (MRSEC) và sự tài trợ kinh phí của Quỹ Khoa học Quốc gia.

Luca Cera, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại SEAS và là tác giả chính của bài báo cho biết mấu chốt cho khả năng thay đổi hình dạng của keratin là cấu trúc trật tự của nó.

Mỗi mạch keratin riêng lẻ được sắp xếp thành một cấu trúc giống như lò xo được gọi là cấu trúc xoắn alpha. Khi hai chuỗi này xoắn vào nhau tạo thành một mạch có cấu trúc xoắn vòng. Các mạch này được liên kết với nhau tạo thành các xơ nhỏ và cuối cùng là các xơ lớn.

Cera cho biết thêm: “Câu trúc xoắn alpha và các liên kết hóa học giúp cho vật liệu có độ bền và khả năng ghi nhớ hình dạng”.

Khi một xơ bị kéo căng hoặc bị tác động nào đó, các cấu trúc giống như lò xo sẽ bung ra và các liên kết sắp xếp lại để tạo thành dạng beta ổn định. Xơ vẫn ở trạng thái đó cho đến khi nó được kích thích để trở lại hình dạng ban đầu.

Để chứng minh điều này, các nhà nghiên cứu đã cho ghi nhớ thông tin 3 chiều của các hình dạng khác nhau trên tấm keratin. Họ đã cài đặt hình dạng ban đầu của vật liệu là hình dạng mà nó sẽ trở lại khi được kích thích bằng cách sử dụng dung dịch hydrogen peroxide và monosodium phosphate. Sau khi bộ nhớ được thiết lập, vật liệu có thể được cài đặt lại và tạo ra nhiều hình dạng mới.

Ví dụ, một tấm keratin được gấp thành hình ngôi sao phức tạp, đây là hình dạng ban đầu của nó. Khi bộ nhớ được thiết lập, các nhà nghiên cứu nhúng ngôi sao vào nước, nó bung ra và trở nên dễ uốn. Sau đó, họ cuộn tấm keratin này thành một ống. Sau khi sấy khô, tấm được giữ chặt ở dạng ống ổn định hoàn toàn. Để đảo ngược quá trình này, họ đặt ống trở lại nước, nó được bung ra và gấp lại thành một ngôi sao.

Cera cho biết thêm “Quy trình hai bước gồm cài đặt thông tin 3 chiều trên vật liệu và sau đó tạo ra các hình dạng ban đầu của nó cho phép tạo được các hình dạng phức tạp với các đặc điểm cấu trúc nhỏ đến mức micrômet”. “Điều này giúp cho vật liệu phù hợp với một loạt các ứng dụng từ dệt may đến kỹ thuật màng mỏng”.

Người dịch: Phạm Thị Tốt