Twisted microfibers netværk reaktioner på vanddamp

Forskere ved Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) kandidatstuderende Kulisara Budpud, Assoc. Prof. Kosuke Okeyoshi, Dr. Maiko Okajima og, Prof. Tatsuo Kaneko afslører en unik polysaccharidfiber i en snoet struktur, der dannes under en tørringsproces, der viste fjederlignende adfærd. Den fjederlignende opførsel af snoede strukturer bruges praktisk talt som en forstærket struktur i en dampfølsom film med responstid på millisekundskala. Dette værk er udgivet i Lille i et papir med titlen "Dampfølsomme materialer fra polysaccharidfibre med selvsamlende snoede mikrostrukturer."

Polysaccharider spiller en række roller i naturen, herunder molekylær genkendelse og vandretention. Stadig, der mangler undersøgelse af in vitro mikroskala strukturer af polysaccharider på grund af vanskelighederne ved at regulere selvsamlede strukturer. Hvis de selvsamlede strukturer af disse naturlige polysaccharider kan rekonstrueres in vitro, det vil ikke kun føre til en øget forståelse af de morfologiske ændringer, der er involveret i polysaccharid-selvsamling i vand, men også til udviklingen af ​​en ny klasse af bioinspirerede materialer, som udviser regulerede strukturer på en nanometer skala.

I denne forskning, det er påvist, at et cyanobakterielt polysaccharid ved navn sacran, kan hierarkisk samle sig selv som snoede fibre fra nanoskala til mikroskala med diametre på> 1 μm og længder> 800 μm. dette er bemærkelsesværdigt større end polysaccharider tidligere rapporteret. I modsætning til andre stive fibrillære polysaccharider, såsom cellulose, sacran fiber er i stand til fleksibelt at omdanne til todimensionale snaking og tredimensionelle snoede strukturer ved en fordampende luft-vand grænseflade. Denne snoet sakranfiber opfører sig som en mekanisk fjeder i et fugtigt miljø.

Optimering af tilstanden af ​​den snoede struktur sker ved at kontrollere tørrehastighederne. Rent faktisk, tørrehastigheden og kapillarkraften er de dominerende faktorer for at skabe disse formationer. For at vise den potentielle anvendelse af denne fjederlignende polysaccharidfiber, en tværbundet polysaccharidfilm fremstilles som et dampfølsomt materiale, og virkningerne af mikrofiberens fjederadfærd i et miljø med fugtighedsgradient demonstreres. Filmen skiftede hurtigt og reversibelt mellem flade og bøjede tilstande inden for 300-800 ms. Denne frastødende bevægelse, der vises af filmen, er forårsaget af, at fibrernes slangede og snoede strukturer reagerer på fugtændringen. Sacran -filmen viser en hurtig reaktion på vanddråbernes tilbagetrækning, skifter fra den bøjede tilstand til den flade tilstand. Fordi de forlængede sakranfibre har forlængelsesstress som en fjeder, netværket kunne hurtigt frigive vand ved at krympe. Som resultat, den bøjede film bliver straks flad. Dermed, det snakende og snoede fibernet gør det muligt at bøje og strække millisekunders reaktioner på ændringer i lokal luftfugtighed.

Fra denne enkle metode, JAIST-forskere kunne skabe unikke mikrokilder fra et naturligt polysaccharid, der praktisk talt bruges som et dampfølsomt materiale. Ved at indføre funktionelle molekyler i mikrofiber, det ville være muligt at forberede en række bløde aktuatorer, der reagerer på andre ændringer i det ydre miljø, såsom lys, pH, og temperatur. Metoden til fremstilling af dampsensorer udviklet af denne undersøgelse forbedrer ikke kun forståelsen af, hvordan bevægelsen af ​​selvsamlede strukturer reagerer på stimuli, men bidrager også til design af miljøvenlige materialer med et stort potentiale for bæredygtig brug.