Çin’deki Donghua Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, örümcek ipeğinin olağanüstü özelliklerinden ilham alarak hidrojel bazlı mikro elyafların geliştirilmesinde önemli bir atılım yaptı.
Çığır açan çalışmaları, son zamanlarda Nature Communications’da yayınlandı, örümceklerin eğirme tekniklerinden ilham alan yeni bir üretim sürecini araştırıyor. Bu araştırmanın amacı, ipek, kas ve sinir lifleri gibi biyolojik liflerle karşılaştırıldığında genellikle yeterli hasar direnci ve dayanıklılığa sahip olmayan sentetik hidrojel liflerinin sınırlamalarını ele almaktı.
Bu zorlukların üstesinden gelmek için ekip, olağanüstü dayanıklılığıyla tanınan örümcek ipeğinin nano-confined yapısına yöneldi – araştırmacılar, örümcek ipeğinin nano-confined yapısını yakından inceleyerek higroskopik, pozitif bir iyonik kompleks kullanarak mekanik performansını taklit etmeye çalıştılar. yüklü polielektrolit (PDMAEA-Q) ve polimetakrilik asit (PMAA).
Shi, Y., Wu, B., Sun, S. et al. Hidrojen bağı nanoconfinement tarafından sağlanan sağlam, kendi kendini iyileştirebilen ve çatlamaya dayanıklı hidrojel mikro elyafların sulu eğrilmesi. Nat Komün 14, 1370 (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37036-4
Hidrojel mikro lifleri, örümceklerin doğal dönme ortamını yansıtan pultrüzyon eğirme adı verilen bir işlemle üretildi. Ortaya çıkan hidrojel mikro lifleri, dikkate değer mekanik özellikler gösterdi. 428 MPa’lık yüksek bir Young modülü ve %219’luk bir uzama sergilediler.
Ayrıca, bu mikro elyaflar mükemmel titreşim sönümleme, çatlama direnci ve belirli şekilleri büzülerek ve koruyarak neme tepki verme yeteneği sergilemiştir. En önemlisi, hasar gördüklerinde, mikro lifler hızlı kendi kendini iyileştirme yetenekleri sergiledi.
Suyun buharlaşması sırasında kendiliğinden oluşan hiyerarşik nano-sınırlı yapı, olağanüstü mekanik özellikleriyle hidrojel mikro liflerinin kazandırılmasında çok önemli bir rol oynadı. Araştırmacılar, güçlü kovalent bağ ile dinamik ağları başarılı bir şekilde birleştirerek, yüksek mekanik dayanıklılık ve hızlı kendi kendini onarma yetenekleri arasındaki doğal değiş tokuşun üstesinden geldi.
Hidrojel liflerinin sağlamlığı, gerçek örümcek ipeğinin gösterdiğinin gerisinde kalsa da, araştırmacılar, mekanik performanslarını daha da artıracak gelecekteki gelişmeleri bekliyorlar. İyileştirme için potansiyel bir yol, dayanıklılığı artırmak için nanoconfined yapıya daha güçlü nanokristallerin dahil edilmesidir.
Heyecan verici olanaklar
Bu dikkate değer gelişme, gelişmiş lifli malzemelerin oluşturulması için heyecan verici olanaklar sunuyor; hidrojel mikrofiberler, yumuşak insansı robotlar, protezler, rahat akıllı giysiler ve giyilebilir cihazlar dahil olmak üzere çeşitli alanlarda uygulama bulabilir. Bu mikro elyafların protez uzuvlarda ve giyilebilir teknolojide harekete geçirici elyaflar olarak uygulanması gibi gerçek dünya değerlendirmeleri şimdiden değerlendiriliyor.
Bu araştırma, yalnızca hidrojel bazlı malzemelerin potansiyelini sergilemekle kalmıyor, aynı zamanda yenilikçi ve yüksek performanslı çözümler yaratmak için doğanın ustaca tasarımlarından ilham almanın önemini de vurguluyor. Ekibin başarısı, olağanüstü güç ve esnekliğe sahip malzemeler arayışında ileriye doğru atılmış önemli bir adım anlamına geliyor.
dosyalanmış . Çin ve Eğitim hakkında daha fazlasını okuyun.