任何一個(ge) 曾經拉直過頭發的人都知道，水是敵人。經過高溫精心拉直的頭發，一接觸到水，就會(hui) 重新變成卷發。為(wei) 什麽(me) ？因為(wei) 頭發有形狀記憶。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複到原來的形狀。

如果其它材料，特別是紡織品，也有這種形狀記憶功能呢？想象一下，一件T恤有散熱口，在受潮時打開，幹燥時關(guan) 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(yu) 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打印成任何形狀，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(yu) 頭發、指甲和貝殼中的纖維蛋白。研究人員從(cong) 紡織生產(chan) 中剩下的阿格拉羊毛中提取出角蛋白。

這項研究有助於(yu) 更廣泛地減少時尚業(ye) 的浪費，時尚業(ye) 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(ge) 行業(ye) 使用材料的方式，包括羊毛。

“通過這個(ge) 項目，我們(men) 不僅(jin) 可以回收羊毛，我們(men) 還可以用回收的羊毛製造出以前從(cong) 未想過的東(dong) 西。”海洋學院生物工程和應用物理學的Tarr Family教授、該論文的資深作者基特·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(men) 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(ye) 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(guan) 鍵在於(yu) 它的層次結構。

單一的角蛋白鏈被排列成彈簧狀結構，稱為(wei) 阿爾法螺旋。其中兩(liang) 條鏈纏繞在一起形成一種被稱為(wei) 卷曲螺旋的結構。這些卷曲螺旋中的許多被組裝成原絲(si) ，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(hui) 展開，化學鍵就會(hui) 重新組合形成穩定的beta板。纖維保持在那個(ge) 位置，直到它被觸發線圈回到原來的形狀。

為(wei) 了演示這一過程，研究人員用3D打印出各種形狀的角蛋白薄片。他們(men) 用過氧化氫和磷酸一鈉的溶液為(wei) 這種材料設定了永久的形狀——當它被觸發時，總是會(hui) 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。

例如，一個(ge) 角蛋白片被折疊成一個(ge) 複雜的折紙星形作為(wei) 它的永久形狀。一旦記憶確定下來，研究人員把星星浸入水中，在那裏它展開並具有延展性。從(cong) 那裏，他們(men) 把角蛋白片卷成一個(ge) 緊密的管狀。一旦幹燥，薄片被鎖定作為(wei) 一個(ge) 完全穩定和管狀特征。為(wei) 了逆轉這一過程，他們(men) 又放回水中，管狀角蛋白片的展開並折疊成折紙星星狀。

塞拉說:“3D打印材料，然後設定其永久形狀，這兩(liang) 個(ge) 步驟可以製造真正複雜的形狀，其結構特征可以達到微米級。”“這使得這種材料適用於(yu) 從(cong) 紡織到組織工程的廣泛應用。”

帕克說:“無論你是用這樣的纖維來製作每天都可以定製罩杯大小和形狀的胸罩，還是嚐試為(wei) 醫療治療製造驅動紡織品，盧卡的工作的可能性是廣泛和令人興(xing) 奮的。”“我們(men) 正在繼續通過使用生物分子作為(wei) 工程基質來重新想象紡織品，就像它們(men) 以前從(cong) 未被使用過一樣。”