12 يونيو 2020 (أخبار Nanowerk) الباحثون في المعهد الياباني المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (JAIST): طالبة دراسات عليا كوليسارا بودبود ، مساعد. كشف البروفيسور كوسوكي أوكيوشي والدكتور مايكو أوكاجيما والبروفيسور تاتسو كانيكو عن ألياف عديد السكاريد الفريدة في بنية ملتوية تتشكل تحت عملية التجفيف والتي أظهرت سلوكًا يشبه الربيع. يتم استخدام السلوك الشبيه بالزنبرك للهياكل الملتوية عمليًا كهيكل مقوى في فيلم حساس للبخار بزمن استجابة يبلغ مللي ثانية. تم نشر هذا العمل في صغير ("مواد حساسة للبخار من ألياف عديد السكاريد ذات تركيبات مجهرية ملتوية ذاتية التجميع").
الشكل 1. صورة مجهرية بصرية لليف واحد من عديد السكاريد المُجمَّع ذاتيًا في هياكل ملتوية ومتعرجة ومستقيمة. (الصورة: JAIST) تلعب السكريات المتعددة الأدوار في الطبيعة ، بما في ذلك التعرف الجزيئي واحتباس الماء. لا يزال هناك نقص في الدراسة المختبر الهياكل الدقيقة من السكريات بسبب الصعوبات في تنظيم الهياكل ذاتية التجميع. إذا كان من الممكن إعادة بناء الهياكل المجمعة ذاتيًا لعديد السكاريد الطبيعي في المختبر ، فلن يؤدي ذلك فقط إلى زيادة فهم التغييرات المورفولوجية التي ينطوي عليها التجميع الذاتي لعديد السكاريد في الماء ولكن أيضًا إلى تطوير فئة جديدة من المستوحاة من الأحياء المواد التي تعرض هياكل منظمة على مقياس نانومتر. في هذا البحث ، تم إثبات أن عديد السكاريد السيانوبكتيري المسمى ساكران ، يمكن أن يتجمع بشكل هرمي ذاتيًا كألياف ملتوية من المقياس النانوي إلى المقياس المجهري بأقطار ∼1 ميكرومتر وأطوال> 800 ميكرومتر. هذا أكبر بشكل ملحوظ من السكريات التي تم الإبلاغ عنها سابقًا. على عكس عديدات السكاريد الليفية الصلبة الأخرى مثل السليلوز ، فإن الألياف العجزية قادرة على التحول بمرونة إلى هياكل ملتوية ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد في واجهة تبخر الماء والهواء (الشكل 1). تتصرف هذه الألياف الملتوية مثل الزنبرك الميكانيكي تحت بيئة رطبة. لتحسين حالة الهيكل الملتوي ، يتم تشكيله من خلال التحكم في سرعات التجفيف. في الواقع ، تعتبر سرعة التجفيف والقوة الشعرية من العوامل المهيمنة في تكوين هذه التكوينات. لإظهار الاستخدام المحتمل لألياف عديد السكاريد الشبيهة بالزنبرك ، يتم تحضير فيلم عديد السكاريد المتشابك كمواد حساسة للبخار ويتم توضيح تأثيرات سلوكيات النابض للألياف الدقيقة في بيئة ذات تدرج رطوبة (الشكل 2).
الشكل 2. رسم تخطيطي للفيلم الحساس للرطوبة يتكون من شبكة ألياف ملتوية / ملتوية. (الصورة: JAIST) تحول الفيلم بشكل عكسي وسريع بين الحالات المسطحة والمنحنية في غضون 300-800 مللي ثانية. هذه الحركة البغيضة التي يعرضها الفيلم ناتجة عن الهياكل الملتوية والألياف للألياف التي تستجيب لتغير الرطوبة. يُظهر فيلم Sacran استجابة سريعة لتراجع قطرة الماء ، متغيرة من حالة الانحناء إلى الحالة المسطحة. نظرًا لأن الألياف العجزية الممتدة لها ضغط تمدد مثل الزنبرك ، يمكن للشبكة أن تطلق الماء بسرعة عن طريق الانكماش. نتيجة لذلك ، يصبح الفيلم المثني مسطحًا على الفور. وبالتالي ، فإن شبكة الألياف الملتوية والمتعرجة تمكن من الانحناء وتمديد الاستجابات للتغيرات في الرطوبة المحلية. من خلال الطريقة البسيطة ، يمكن لباحثي JAIST إنشاء زنبرك دقيق فريد من عديد السكاريد الطبيعي والذي يستخدم عمليًا كمواد حساسة للبخار. إلى جانب ذلك ، من خلال إدخال جزيئات وظيفية في الألياف الدقيقة ، سيكون من الممكن إعداد مجموعة متنوعة من المحركات اللينة التي تستجيب للتغيرات الأخرى في البيئة الخارجية ، مثل الضوء ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. إن طريقة تحضير مستشعرات البخار التي طورتها هذه الدراسة لا تحسن فقط فهم كيفية استجابة حركة البنى المجمعة ذاتيًا للمنبهات. ولكنه يساهم أيضًا في تصميم مواد متكيفة مع البيئة ذات إمكانات عالية للاستخدام المستدام.
