12年2020月XNUMX日（Nanowerkニュース）北陸先端科学技術大学院大学（JAIST）研究員：大学院生Kulisara Budpud、Assoc。 沖越浩介教授、岡島麻衣子教授、金子達夫教授は、乾燥過程で形成されるねじれた構造の独特の多糖類繊維を明らかにし、バネのような挙動を示しました。 ねじれた構造のばねのような挙動は、ミリ秒スケールの応答時間で蒸気に敏感なフィルムの強化構造として実際に使用されます。 この作品はで公開されています S (「自己組織化ねじれ微細構造を備えた多糖類繊維からの蒸気に敏感な材料」).
図1.蛇行、ねじれ、および真っ直ぐな構造の自己組織化多糖類の単一繊維の光学顕微鏡画像。 （画像：JAIST）多糖類は、分子認識や水分保持など、自然界でさまざまな役割を果たしています。 それでも、研究が不足しています ビトロ 自己組織化構造の調節が困難なため、多糖類のマイクロスケール構造。 これらの天然多糖類の自己組織化構造をinvitroで再構築できれば、水中での多糖類の自己組織化に伴う形態変化の理解が深まるだけでなく、新しいクラスのバイオインスパイアードの開発にもつながります。ナノメートルスケールで規制された構造を示す材料。 この研究では、サクランと呼ばれるシアノバクテリアの多糖類が、直径が約1 µm、長さが> 800 µmのナノスケールからマイクロスケールまで、ねじれた繊維として階層的に自己組織化できることが実証されています。 これは、以前に報告された多糖類よりも著しく大きいです。 セルロースなどの他の剛直な繊維状多糖類とは異なり、サクラン繊維は、蒸発する空気-水界面で、1次元の蛇行および2次元のねじれた構造に柔軟に変形することができます（図XNUMX）。 このねじれたサクラン繊維は、湿度の高い環境下では機械的なばねのように動作します。 ねじれた構造の状態を最適化するために、乾燥速度を制御することによって形成されます。 実際には、乾燥速度と毛細管力がこれらの地層を作成する際の主要な要因です。 このバネ状の多糖類繊維の潜在的な用途を示すために、蒸気に敏感な材料として架橋多糖類フィルムを調製し、湿度勾配のある環境でのマイクロファイバーのバネ挙動の影響を示します（図XNUMX）。
図2.蛇行/ねじれたファイバーネットワークで構成された感湿フィルムの概略図。 （画像：JAIST）フィルムは、300〜800ミリ秒以内に可逆的かつ迅速にフラット状態とベンド状態を切り替えました。 フィルムによって示されるこの反発運動は、水分の変化に反応する繊維の蛇行およびねじれた構造によって引き起こされます。 サクランフィルムは、水滴の後退に対して速い応答を示し、曲がった状態から平らな状態に変化します。 伸ばされたサクラン繊維はバネのように伸展応力を持っているので、ネットワークは収縮することによって水を素早く放出することができます。 その結果、曲がったフィルムはすぐに平らになります。 したがって、蛇行およびねじれたファイバーネットワークは、局所湿度の変化に対するミリ秒の曲げおよび伸長応答を可能にします。 簡単な方法から、JAISTの研究者は、蒸気に敏感な材料として実際に使用されている天然の多糖類から独自のマイクロスプリングを作成することができました。 また、マイクロファイバーに機能性分子を導入することで、光、pH、温度などの外部環境の変化に対応したさまざまなソフトアクチュエーターを作製することができます。 この研究によって開発された蒸気センサーを準備する方法は、自己組織化構造の動きが刺激にどのように反応するかについての理解を向上させるだけではありません。 しかし、持続可能な使用の可能性が高い環境適応材料の設計にも貢献します。
