陳根：具有形狀記憶的智能紡織品，將帶來什么顛覆？

我們知道，哪怕經(jīng)過高溫精心拉直的頭發(fā)一接觸水依然會卷曲起來，這是因為頭發(fā)的形狀記憶，即頭發(fā)的材料特性使它能夠在某些刺激下改變形狀，并在其他刺激下回復(fù)到原來的形狀。

受此啟發(fā)，研究人員把研究對象轉(zhuǎn)向了其他材料，比如，紡織品。一個關(guān)于紡織品形狀記憶的具有前景的設(shè)想是：一件t恤衫，在潮濕的環(huán)境下會打開，在干燥的時候會關(guān)閉，可以伸縮到與人的尺寸相當，這也意味著，這將是一件適合所有人的衣服。

現(xiàn)在，哈佛大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種生物相容性材料，這種材料可以3D打印成任何形狀，并通過可逆形狀記憶進行預(yù)編程。

這種材料由角蛋白制成的，角蛋白是一種存在于頭發(fā)、指甲和貝殼中的纖維蛋白。從分子結(jié)構(gòu)來看，角蛋白的單鏈排列成一個彈簧狀的結(jié)構(gòu)，稱為α螺旋，而正是α螺旋結(jié)構(gòu)和連接的化學鍵賦予了這種材料強度和形狀記憶能力。

此外，角蛋白其中的兩條鏈條纏繞在一起形成了一種稱為螺旋線圈的結(jié)構(gòu)。許多這些卷曲的線圈被組裝成原絲，最終形成大纖維，當一個特定的纖維片被拉伸或重新排列時，纖維被拉伸成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。纖維保持在這個位置，直到它被觸發(fā)卷回原來的形狀。

為了證明這一過程，研究人員3D打印出各種形狀的角蛋白片。他們用過氧化氫和磷酸一鈉溶液來編程這種材料的永久形狀——當觸發(fā)時它總是會恢復(fù)到原來的形狀。此外，一旦設(shè)置好角蛋白的形狀記憶，就可以重新編程，并將其塑造成新的形狀。

例如，一個角蛋白片被折疊成一個復(fù)雜的折紙星作為它的永久形狀。一旦記憶建立起來，研究人員將恒星浸入水中，在水中展開將變得可塑。

研究人員設(shè)想了這種新型變形材料的一些有趣用途。他們認為，該材料可以用來制作可定制形狀和罩杯尺寸的胸罩、均碼的t恤衫，或者帶有通風口的衣服，這些衣服可以根據(jù)濕氣而打開。通過這種方式，研究人員希望這能幫助解決時尚行業(yè)的浪費問題。

這項研究已發(fā)表在《自然材料》雜志上。