Forskare vid Tufts University School of Engineering har utvecklat sidenmaterial som kan skrynkla sig till mycket detaljerade mönster – inklusive ord, texturer och bilder lika invecklade som en QR-kod eller ett fingeravtryck. Mönstren tar ungefär en sekund att formas, är stabila, men kan raderas genom att översvämma silkets yta med ånga, låta forskarna "vända" utskriften och börja om igen. I en artikel som publicerades idag i Förfaranden från National Academy of Sciences , forskarna visar exempel på silkesrynkmönster, och föreställa sig ett brett utbud av potentiella tillämpningar för optiska elektroniska enheter.

Den smarta textilen drar fördel av den naturliga förmågan hos silkesfiberproteiner - fibroin - att genomgå en förändring av konformationen som svar på yttre förhållanden, inklusive exponering för vattenånga, metanolånga och UV-strålning. Vatten och metanolånga, till exempel, kan tränga in i fibrerna och störa vätebindningar i silkesfibroin, vilket får den att delvis "rivas upp" och släpper spänningar i fibern. Utnyttja denna fastighet, forskarna tillverkade en siden av upplöst fibroin genom att avsätta den på ett tunt plastmembran (PDMS). Efter en cykel av uppvärmning och kylning, silkesytan på silke/PDMS-dubbelskiktet viks till nanotexturerade rynkor på grund av de olika mekaniska egenskaperna hos lagren.

Om någon del av den skrynkliga ytan utsätts för vatten eller metanolånga får fibrerna att slappna av och rynkorna plattas ut. Den släta ytan släpper igenom mer än 80 % av ljuset, medan den skrynkliga ytan bara släpper igenom 20 % eller mindre, skapa en synlig kontrast och uppfattningen av ett tryckt mönster. Ytan kan selektivt exponeras för ånga med en mönstrad mask, vilket resulterar i ett matchat mönster i det strukturerade sidenet. Mönster kan också skapas genom att avsätta vatten med bläckstråleutskrift. Upplösningen för denna utskriftsmetod bestäms av själva maskens upplösning, eller bläckstråleskrivarens munstycksdiameter.

Alternativt användning av UV skapar en virtuell mask, eftersom UV-exponerade delar av sidenytan blir mindre permeabla för vatten eller metanol och förblir skrynkliga när de behandlas med ånga, medan de delar som inte utsätts för UV absorberar ångan och planar ut. Det tryckta mönstret reflekterar mönstret av UV-ljus som exponeras för sidenytan.

Efter att ha raderat ett mönster med ånga, det texturerade silket kan regenereras med en cykel av uppvärmning och kylning. Författarna visade förmågan att skriva ut mönster över minst 50 cykler, utan någon minskning i kontrast eller upplösning.

"Vi kan skriva ut mönster med anmärkningsvärt hög upplösning i siden - och vi visade till och med att vi kan ta upp fuktmönstret som lämnas av ett fingeravtryck, sa Yu Wang, postdoktor vid Tufts University School of Engineering, och första författare till studien. "Men utöver det nya med reversibelt tryck, det finns många andra funktionella applikationer som silkemönstertekniken kan ge. "

Listan över potentiella tillämpningar som Wang pekar på inkluderar material med inställbara optiska egenskaper, varav några kan involvera användningen av dopämnen som gör att det mönstrade tyget absorberar eller avger olika våglängder av ljus och energi, eller uppvisa mönster endast från specifika vinklar; och material som modulerar deras termiska egenskaper, ändra mängden värme de släpper igenom. På grund av silkesfibrernas biokompatibilitet, mikromönstermaterialet kan användas i olika biomedicinska tillämpningar.

Studien visade också hur mönstren kunde slås på och av efter behag genom att ansluta dubbelskiktet till ett litet elektriskt värmeelement, överföring av siden mellan skrynkligt och skrynkelfritt tillstånd.

"På grund av dess mångsidighet, och enkel tillverkning, Jag tror att det kan finnas många framtida ansökningar som vi och andra kommer att komma med som vi inte ens har föreställt oss ännu, "sa Fiorenzo Omenetto, motsvarande författare och Frank C. Doble Professor of Engineering vid Tufts' School of Engineering.