Come sa chiunque abbia mai stirato i capelli, l'acqua è il nemico. I capelli accuratamente stirati dal calore torneranno a formare riccioli nel momento in cui toccano l'acqua. Come mai? Perché i capelli hanno memoria di forma. Le sue proprietà materiali gli consentono di cambiare forma in risposta a determinati stimoli e tornare alla sua forma originale in risposta ad altri.

E se altri materiali, soprattutto tessili, aveva questo tipo di memoria di forma? Immagina una t-shirt con prese d'aria di raffreddamento che si aprono quando esposte all'umidità e si chiudono quando sono asciutte, o vestiti di taglia unica che si allungano o si restringono alle misure di una persona.

Ora, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un materiale biocompatibile che può essere stampato in 3D in qualsiasi forma e preprogrammato con memoria di forma reversibile. Il materiale è realizzato con cheratina, una proteina fibrosa che si trova nei capelli, chiodi e conchiglie. I ricercatori hanno estratto la cheratina dalla lana Agora avanzata utilizzata nella produzione tessile.

La ricerca potrebbe aiutare il più ampio sforzo di riduzione degli sprechi nel settore della moda, uno dei maggiori inquinatori del pianeta. Già, designer come Stella McCarthy stanno reinventando il modo in cui l'industria utilizza i materiali, compresa la lana.

"Con questo progetto, abbiamo dimostrato che non solo possiamo riciclare la lana, ma possiamo anche costruire cose con la lana riciclata che non sono mai state immaginate prima, "ha detto Kit Parker, il Tarr Family Professor di Bioingegneria e Fisica Applicata presso SEAS e autore senior dell'articolo. "Le implicazioni per la sostenibilità delle risorse naturali sono chiare. Con la proteina di cheratina riciclata, possiamo fare altrettanto, o più, rispetto a quanto fatto finora tosando animali e, così facendo, ridurre l'impatto ambientale dell'industria tessile e della moda."

La ricerca è pubblicata su Materiali della natura.

La chiave per le capacità di cambiare forma della cheratina è la sua struttura gerarchica, ha detto Luca Cera, un borsista post-dottorato presso SEAS e primo autore del documento.

Una singola catena di cheratina è organizzata in una struttura a 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 arrotolate sono assemblate in protofilamenti e infine in grandi fibre.

"L'organizzazione dell'alfa elica e i legami chimici connettivi conferiscono al materiale sia forza che memoria di forma, " disse Cera.

Quando una fibra viene allungata o esposta a uno stimolo particolare, le strutture primaverili si srotolano, e i legami si riallineano per formare fogli beta stabili. La fibra rimane in quella posizione fino a quando non viene attivata per riavvolgersi nella sua forma originale.

Per dimostrare questo processo, i ricercatori hanno stampato in 3D fogli di cheratina in una varietà di forme. Hanno programmato la forma permanente del materiale, la forma a cui tornerà sempre quando viene attivato, utilizzando una soluzione di perossido di idrogeno e fosfato monosodico.

Una volta impostata la memoria, il foglio potrebbe essere riprogrammato e modellato in nuove forme.

Per esempio, un foglio di cheratina è stato piegato in una complessa stella di origami come forma permanente. Una volta impostata la memoria, i ricercatori hanno immerso la stella nell'acqua, dove si è dispiegato ed è diventato malleabile. Da li, hanno arrotolato il foglio in un tubo stretto. Una volta asciutto, il foglio è stato bloccato come un tubo completamente stabile e funzionale. Per invertire il processo, hanno rimesso il tubo nell'acqua, dove si è srotolato e ripiegato in una stella origami.

"Questo processo in due fasi di stampa 3D del materiale e quindi l'impostazione delle sue forme permanenti consente la fabbricazione di forme davvero complesse con caratteristiche strutturali fino al livello del micron, " ha affermato Cera. "Questo rende il materiale adatto a una vasta gamma di applicazioni, dal tessile all'ingegneria dei tessuti".

"Se utilizzi fibre come questa per realizzare reggiseni la cui dimensione e forma della coppa possono essere personalizzate ogni giorno, o stai cercando di realizzare tessuti di azionamento per terapie mediche, le possibilità del lavoro di Luca sono ampie ed entusiasmanti, " ha affermato Parker. "Stiamo continuando a reinventare i tessuti utilizzando molecole biologiche come substrati ingegneristici come non sono mai stati usati prima".