Seperti yang diketahui siapa pun yang pernah meluruskan rambut, air adalah musuh.Rambut yang diluruskan dengan susah payah oleh panas akan memantul kembali menjadi ikal begitu menyentuh air.Mengapa?Karena rambut memiliki memori bentuk.Sifat materialnya memungkinkannya untuk berubah bentuk sebagai respons terhadap rangsangan tertentu dan kembali ke bentuk aslinya sebagai respons terhadap yang lain.
Bagaimana jika bahan lain, terutama tekstil, memiliki memori bentuk seperti ini?Bayangkan sebuah t-shirt dengan ventilasi pendingin yang terbuka saat terkena kelembapan dan tertutup saat kering, atau pakaian satu ukuran untuk semua yang dapat diregangkan atau menyusut sesuai ukuran seseorang.
Sekarang, para peneliti di Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) telah mengembangkan bahan biokompatibel yang dapat dicetak 3D ke dalam bentuk apa pun dan diprogram sebelumnya dengan memori bentuk yang dapat dibalik.Bahannya dibuat menggunakan keratin, protein berserat yang ditemukan di rambut, kuku, dan cangkang.Para peneliti mengekstrak keratin dari sisa wol Agora yang digunakan dalam pembuatan tekstil.
Penelitian ini dapat membantu upaya yang lebih luas untuk mengurangi limbah di industri fashion, salah satu pencemar terbesar di planet ini.Sudah, desainer seperti Stella McCarthy membayangkan kembali bagaimana industri menggunakan bahan, termasuk wol.
“Dengan proyek ini, kami telah menunjukkan bahwa kami tidak hanya dapat mendaur ulang wol, tetapi kami juga dapat membangun sesuatu dari wol daur ulang yang belum pernah dibayangkan sebelumnya,” kata Kit Parker, Profesor Keluarga Tarr untuk Bioengineering dan Fisika Terapan di SEAS dan senior penulis makalah.“Implikasinya terhadap keberlanjutan sumber daya alam sudah jelas.Dengan protein keratin daur ulang, kita dapat melakukan lebih banyak, atau lebih, daripada yang telah dilakukan dengan mencukur hewan hingga saat ini dan, dengan melakukan itu, mengurangi dampak lingkungan dari industri tekstil dan mode.”
Penelitian ini dipublikasikan di Nature Materials.
Kunci kemampuan mengubah bentuk keratin adalah struktur hierarkisnya, kata Luca Cera, rekan postdoctoral di SEAS dan penulis pertama makalah ini.
Sebuah rantai tunggal keratin diatur menjadi struktur seperti pegas yang dikenal sebagai alpha-helix.Dua dari rantai ini berputar bersama untuk membentuk struktur yang dikenal sebagai kumparan melingkar.Banyak dari kumparan melingkar ini dirakit menjadi protofilamen dan akhirnya serat besar.
“Organisasi heliks alfa dan ikatan kimia ikat memberi materi kekuatan dan memori bentuk,” kata Cera.
Ketika serat diregangkan atau terkena stimulus tertentu, struktur seperti pegas mengurai, dan ikatannya kembali membentuk lembaran beta yang stabil.Serat tetap dalam posisi itu sampai dipicu untuk menggulung kembali ke bentuk aslinya.
Untuk mendemonstrasikan proses ini, para peneliti mencetak lembaran keratin 3D dalam berbagai bentuk.Mereka memprogram bentuk permanen bahan itu — bentuk yang akan selalu kembali seperti semula saat dipicu — menggunakan larutan hidrogen peroksida dan monosodium fosfat.
Setelah memori diatur, lembaran itu dapat diprogram ulang dan dicetak menjadi bentuk baru.
Misalnya, satu lembar keratin dilipat menjadi bintang origami yang kompleks sebagai bentuk permanennya.Setelah memori ditetapkan, para peneliti mencelupkan bintang ke dalam air, di mana ia terbuka dan menjadi lunak.Dari sana, mereka menggulung lembaran itu menjadi tabung yang rapat.Setelah kering, lembaran dikunci sebagai tabung yang sepenuhnya stabil dan berfungsi.Untuk membalikkan prosesnya, mereka memasukkan tabung itu kembali ke dalam air, di mana tabung itu dibuka dan dilipat kembali menjadi bintang origami.
“Proses dua langkah pencetakan materi 3D ini dan kemudian mengatur bentuk permanennya memungkinkan pembuatan bentuk yang sangat kompleks dengan fitur struktural hingga ke tingkat mikron,” kata Cera.“Ini membuat bahan ini cocok untuk berbagai aplikasi mulai dari tekstil hingga teknik jaringan.”
“Apakah Anda menggunakan serat seperti ini untuk membuat bra yang ukuran dan bentuk cangkirnya dapat disesuaikan setiap hari, atau Anda mencoba membuat tekstil penggerak untuk terapi medis, kemungkinan pekerjaan Luca sangat luas dan menarik,” kata Parker.“Kami terus menata ulang tekstil dengan menggunakan molekul biologis sebagai substrat rekayasa yang belum pernah digunakan sebelumnya.”
Waktu posting: 21 Sep-2020