¿Qué pasaría si existiera un material capaz de recuperar su forma original? Imagine una camiseta con agujeros de ventilación que se abren cuando se exponen a la humedad y que se cierran cuando están secos; o ropa de talla única que se estira o se encoge, según las medidas de cada persona.
Esta es la solución planteada por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, que desarrollaron un material biocompatible similar a la lana que se puede imprimir en 3D en cualquier forma y preprogramarse con una memoria reversible.
El material está elaborado con queratina, una proteína fibrosa disponible en el cabello, las uñas y las conchas. Los investigadores extrajeron la queratina de los restos de lana Agora utilizada en la fabricación de textiles.
La investigación, publicada en la revista Nature Materials, podría ayudar a reducir los residuos en la industria de la moda, uno de los sectores más contaminantes del planeta.
“Con este proyecto hemos demostrado que no solo podemos reciclar lana, sino que podemos construir cosas con lana reciclada que nunca antes se habían imaginado”, explica Kit Parker, profesor de Bioingeniería y Física Aplicada en Harvard.
El investigador agrega que “las implicaciones para la sostenibilidad de los recursos naturales son claras. Con la proteína de queratina reciclada, podemos hacer tanto o más de lo que se ha hecho hasta la fecha con la esquila de animales y, al hacerlo, reducir el impacto medioambiental del tejido e industria de la moda”.
Cómo recupera la forma
La clave para las habilidades de cambio de forma de la queratina es su estructura jerárquica, explica Luca Cera, uno de los investigadores.
Una sola cadena de queratina está dispuesta en una estructura similar a un resorte conocida como alfa-hélice. Dos de estas cadenas se retuercen juntas para formar una estructura llamada como bobina enrollada. Y muchas de estas bobinas se ensamblan en protofilamentos y, finalmente, en fibras grandes.
“La organización de la hélice alfa y los enlaces químicos conectivos le dan al material tanto fuerza como memoria de forma”, detalla el investigador.
Cuando una fibra se estira o se expone a un estímulo particular, las estructuras similares a resortes se desenrollan y los enlaces se realinean para formar láminas beta estables. La fibra permanece en esa posición hasta que se activa para volver a enrollarse en su forma original.
Pruebas en 3D
Para demostrar el proceso, los investigadores imprimieron láminas de queratina en 3D en una variedad de formas. Programaron la forma permanente del material, a la que siempre volverá cuando se active, utilizando una solución de peróxido de hidrógeno y fosfato monosódico.
Cuando se estableció la memoria, la hoja se pudo reprogramar y moldear en distintas formas.
Por ejemplo, una hoja de queratina se dobló en una compleja estrella de origami como forma permanente. Cuando se estableció la memoria, los investigadores la sumergieron en la solución, donde se desplegó y se volvió maleable.
Enrollaron la hoja en un tubo apretado. Cuando estuvo seca, se bloqueó como un tubo completamente estable y funcional. Para revertir el proceso, volvieron a poner el tubo en agua, donde se desenrolló y se volvió a doblar en una estrella de origami.
“Este proceso de dos pasos de impresión 3D del material y luego establecer sus formas permanentes permite la fabricación de formas realmente complejas con características estructurales hasta el nivel de micrones. Esto hace que el material sea adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde la ingeniería textil hasta la ingeniería de tejidos”, precisa Cera.
