哈佛研究人员开发形状记忆3D打印材料

科技讯

2020

09/19

16:11

每日科技网

　　近年来，形状记忆材料的应用数量呈指数级增长。土木工程、航空航天、可穿戴设备和医疗设备领域的公司都对可定制聚合物的需求日益增加，并且比现有聚合物具有更大的灵活性。尽管最近在这一领域进行了研究，但开发一种可定制和生物相容的材料仍然是一项挑战。最近，哈佛大学工程和应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了一种3D打印材料，它可以被预编程以具有可逆的形状记忆功能。

　　研究小组使用从安哥拉废弃衣物羊毛中提取的纤维状角蛋白来制造新的3D打印聚合物。为了提取和利用羊毛中的角蛋白含量，研究小组使用溴化锂和二硫苏糖醇(DTT)溶液的组合来诱导固液转化。然后，将获得的结晶角蛋白进一步挤出，使其从蛋白浓缩物变成可印刷的水凝胶。

　　为了评估化学反应的影响，研究小组部署了低温透射电子显微镜来验证单个角蛋白链成功形成了螺旋线圈。结果表明，单股已收敛成直径约3纳米的大纤维，几乎没有蛋白质降解的迹象。进一步的显微照片测试还表明，该材料的拉伸强度为+1.03兆帕，与尼龙和蚕丝纤维的拉伸强度相同。

　　最重要的是，还发现当受到剪切应力时，原纤维将自组织成向列相，并且当通过预编程刺激时，将恢复到它们的原始形状。为了评估其新材料的形状记忆潜力，哈佛团队将角蛋白片打印成3D的各种形状和结构。

　　然后用过氧化氢和磷酸二氢钠的混合物使形状化，然后将原型浸入水中。一旦在水下，这些材料变得有延展性，并可以重新塑造成任何想要的布局，但当它们被移除时，干燥的纤维会恢复到它们预先设定的形状。

　　哈佛研究人员开发形状记忆3D打印材料。

　　重塑具有记忆形状的3D打印材料。

　　随着纤维的干燥和氢键的重新形成，片材显示出应力的突然增加，这对应于材料恢复到与以前相同的拉伸强度水平。复水后，经过几次应力-应变循环，纤维的回复效率达到近，观察到的收缩最小。

　　总体而言，研究人员得出的结论是，他们创造了一种基于分层结构的独特的纤维基3D打印材料，该材料具有形状记忆特性和高机械稳定性。哈佛大学的研究小组认为，他们的可再生资源将来可能被用来生产可生物降解的智能纺织品，如可以吸收人体功能的衣服或可以吸收应变能的医疗产品。

THE END

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