科學家開發出會「72變」的材料，不但能變化還有「好記性」

任何一個曾經拉直過頭髮的人都知道，水是敵人。經過高溫精心拉直的頭髮，一接觸到水，就會重新變成捲髮。為什麼？因為頭髮有形狀記憶。它的物質特性允許它對特定的刺激做出改變形狀，對其它刺激做出反應時又恢復到原來的形狀。

如果其它材料，特別是紡織品，也有這種形狀記憶功能呢？想像一下，一件T恤有散熱口，在受潮時打開，乾燥時關閉，或者一種適合所有人的尺寸能自動伸縮的衣服。

現在，哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員已經開發出一種生物相容性材料，可以被3D列印成任何形狀，並通過可逆形狀記憶預先編程。這種材料由角蛋白製成，角蛋白是一種存在於頭髮、指甲和貝殼中的纖維蛋白。研究人員從紡織生產中剩下的阿格拉羊毛中提取出角蛋白。

這項研究有助於更廣泛地減少時尚業的浪費，時尚業是地球上最大的汙染之一。斯特拉·麥卡錫(Stella McCarthy)等設計師已經在重新設計這個行業使用材料的方式，包括羊毛。

「通過這個項目，我們不僅可以回收羊毛，我們還可以用回收的羊毛製造出以前從未想過的東西。」基特·帕克（Kit Parker）說。「這對自然資源可持續性的影響是顯而易見的。利用回收的角蛋白，我們可以做的事情和剪羊毛一樣多，甚至更多，這樣做還可以減少紡織和時尚行業對環境的影響。」

這項研究發表在《自然材料》上。海洋研究所的博士後研究員、該論文的第一作者盧卡·塞拉(Luca Cera)說，角蛋白改變形狀能力的關鍵在於它的層次結構。

單一的角蛋白鏈被排列成彈簧狀結構，稱為阿爾法螺旋。其中兩條鏈纏繞在一起形成一種被稱為捲曲螺旋的結構。這些捲曲螺旋中的許多被組裝成原絲，最終形成大的纖維。

「阿爾法螺旋和連接化學鍵的組織賦予了材料強度和形狀記憶。」 塞拉說。當纖維被拉伸或暴露在特定的刺激下，彈簧狀的結構就會展開，化學鍵就會重新組合形成穩定的beta板。纖維保持在那個位置，直到它被觸發線圈回到原來的形狀。

為了演示這一過程，研究人員用3D列印出各種形狀的角蛋白薄片。他們用過氧化氫和磷酸一鈉的溶液為這種材料設定了永久的形狀——當它被觸發時，總是會回到原來的形狀。一旦記憶設定好了，薄片就可以重新編程並塑造成新的形狀。