Científicos diseñan arrugas de seda de alta resolución para impresión reversible y regulación térmica

Los investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tufts han desarrollado materiales de seda que pueden arrugarse en patrones muy detallados, incluidas palabras, texturas e imágenes tan intrincadas como un código QR o una huella digital. Los patrones tardan aproximadamente un segundo en formarse, son estables, pero pueden borrarse inundando la superficie de la seda con vapor, lo que permite a los investigadores "revertir" la impresión y comenzar de nuevo. En un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, los investigadores demuestran ejemplos de los patrones de arrugas de seda y visualizan una amplia gama de aplicaciones potenciales para dispositivos electrónicos ópticos.

El textil inteligente aprovecha la capacidad natural de las proteínas de fibra de seda, la fibroína, para experimentar un cambio de conformación en respuesta a condiciones externas, incluida la exposición al vapor de agua, vapor de metanol y radiación UV. El vapor de agua y metanol, por ejemplo, puede penetrar en las fibras e interferir con los enlaces cruzados de enlaces de hidrógeno en la fibroína de seda, lo que hace que se  “desenrede”' parcialmente y libere tensión en la fibra. Aprovechando esta propiedad, los investigadores fabricaron una superficie de seda de fibroína disuelta depositándola en una membrana de plástico delgada (PDMS). Después de un ciclo de calentamiento y enfriamiento, la superficie de seda de la bicapa seda / PDMS se pliega en arrugas nanotexturadas debido a las diferentes propiedades mecánicas de las capas.

Al exponer cualquier parte de esa superficie arrugada al agua o al vapor de metanol, las fibras se relajan y las arrugas se aplanan. La superficie lisa transmite más del 80% de la luz, mientras que la superficie arrugada solo deja pasar el 20% o menos, creando un contraste visible y la percepción de un patrón impreso. La superficie se puede exponer selectivamente al vapor usando una máscara estampada, lo que da como resultado un patrón combinado en la seda texturizada. Los patrones también se pueden crear depositando agua mediante impresión de inyección de tinta. La resolución de este método de impresión está determinada por la resolución de la máscara o el diámetro de la boquilla de la impresora de inyección de tinta.

Alternativamente, el uso de UV crea una máscara virtual, ya que las partes expuestas a los rayos UV de la superficie de la seda se vuelven menos permeables al agua o al metanol y permanecen arrugadas cuando se tratan con vapor, mientras que las partes no expuestas a los rayos UV absorben el vapor y se aplanan. El patrón impreso refleja el patrón de luz UV expuesta a la superficie de seda.

Después de borrar un patrón con vapor, la seda texturizada puede regenerarse con un ciclo de calentamiento y enfriamiento. Los autores demostraron la capacidad de imprimir patrones durante al menos 50 ciclos, sin ninguna disminución en el contraste o la resolución.

"Podemos imprimir patrones de notable alta resolución en la seda, e incluso demostramos que podemos recoger el patrón de humedad dejado por una huella digital", dijo Yu Wang, becario postdoctoral en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tufts, y primero autor del estudio. "Pero más allá de la novedad de la impresión reversible, hay muchas otras aplicaciones funcionales que la tecnología de diseño de seda podría proporcionar".

La lista de aplicaciones potenciales que Wang señala para incluir materiales con propiedades ópticas ajustables, algunas de las cuales pueden involucrar el uso de dopantes que permiten que la tela estampada absorba o emita diferentes longitudes de onda de luz y energía, o exhiba patrones solo desde ángulos específicos; y materiales que modulan sus propiedades térmicas, cambiando la cantidad de calor que dejan pasar. Debido a la biocompatibilidad de las fibras de seda, el material de micropatterning podría usarse en diversas aplicaciones biomédicas.

El estudio también demostró cómo los patrones se podían encender y apagar a voluntad conectando la bicapa a un pequeño elemento de calentamiento eléctrico, haciendo la transición de la seda entre los estados arrugados y sin arrugas.   @mundiario