Jump to content

Аквамелт

Аквамелт материал , — это природный гидратированный полимерный который способен затвердевать при температуре окружающей среды за счет контролируемого воздействия напряжения (механического или химического).

Они уникальны тем, что способны «фиксировать» приложенную к ним работу посредством изменения водородных связей , что позволяет обрабатывать их примерно в 1000 раз меньше энергии, чем стандартные полимеры. [ 1 ] Недавно это было показано на примере архетипического биополимера шелка . [ 2 ] однако считается, что механизм затвердевания присущ многим другим биологическим материалам. [ 3 ] [ 4 ]

Открытие и механизм

[ редактировать ]

Аквамелты были определены как новый класс полимерных материалов в результате сравнения прядильного сырья китайского тутового шелкопряда ( Bombyx mori ) и расплавленного полиэтилена высокой плотности (HDPE). [ 2 ] с использованием визуализации в поляризованном свете, индуцированной сдвигом (SIPLI). [ 5 ]

Современное понимание фибрилляции, вызванной сдвигом, требует, чтобы полимерные цепи претерпели следующую серию стадий: i) длинноцепные молекулы растягиваются, ii) и образуют устойчивые точечные ядра, которые iii) выстраиваются под действием потока в ряды, а затем iv) растут, создавая кристаллические фибриллы. [ 2 ] Чтобы эти фибриллы остались, температура образца должна быть снижена до температуры ниже точки плавления полимера. Этот процесс аналогичен фибрилогенезу натуральных полимеров шелка, в которых белки выравниваются (рефолдируются), зарождаются ( денатурируют ) и кристаллизуются (агрегируются). Однако в шелке фибриллы сохраняются без необходимости понижения температуры. [ 6 ] [ 7 ]

С макромолекулярной точки зрения эти два процесса считаются схожими из-за уникального взаимодействия нативного белка с его тесно связанной водой. [ 3 ] [ 4 ] Подобно отдельной полимерной цепи в расплаве, нативный белок и его тесно связанные молекулы воды можно рассматривать не как раствор, а как единый обрабатываемый объект, нанокомпозит , называемый «аквамелтом».

Различия между типичным полимером и аквамелтом подчеркиваются способностью аквамелта затвердевать в ответ на стресс при температуре окружающей среды. Это происходит, когда приложенного напряжения достаточно, чтобы отделить тесно связанную воду от белка, расщепляя нанокомпозит. Это приводит к конформационным изменениям белка и увеличению вероятности образования водородных связей между белковыми цепями и последующего затвердевания. [ 4 ] Многомасштабные структуры, т.е. фибриллы или пены, являются результатом сочетания направленных полей напряжений и свойств самосборки акварасплава. [ 7 ] [ 8 ]

Возможное использование

[ редактировать ]

Aquamelts предлагает несколько преимуществ по сравнению с существующими решениями для производства синтетических полимеров . Во-первых, они получены из натуральных источников, без использования нефти в производстве, подлежат вторичной переработке и биоразложению . Во-вторых, их можно обрабатывать при комнатной температуре и давлении, в результате чего в качестве побочного продукта процесса затвердевания остается только вода. В-третьих, рабочие расчеты, выполненные на сырье из шелка и полиэтилена высокой плотности, выявили десятикратную разницу в количестве энергии сдвига, необходимой для инициирования затвердевания. [ 9 ] С учетом температуры обработки разница в энергетических затратах на затвердевание у акваплавов в тысячу раз меньше, чем у синтетических полимеров. [ 1 ]

  1. ^ Jump up to: а б «Как тутовые черви побеждают ученых-полимерщиков - секрет аквамелта» . Научные дебаты . 25 ноября 2011 года . Проверено 10 апреля 2012 г.
  2. ^ Jump up to: а б с Голландия, К; Воллрат, Ф; Райан, А; Михайлик О. (2012). «Шелк и синтетические полимеры: примирение 100 градусов разделения». Продвинутые материалы . 24 (1): 105–109. дои : 10.1002/adma.201103664 . ПМИД   22109705 .
  3. ^ Jump up to: а б Портер, Д; Воллрат, Ф (2008). «Роль кинетики связывания воды и амидов в стабильности белка». Мягкая материя . 4 (1): 328–336. Бибкод : 2008SMat....4..328P . дои : 10.1039/B713972A .
  4. ^ Jump up to: а б с Портер, Д; Воллрат, Ф (2012). «Подвижность воды, денатурация и стеклование в белках». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1824 (6): 785–791. дои : 10.1016/j.bbapap.2012.03.007 . ПМИД   22465032 .
  5. ^ Михайлик О. (2010). «Визуализация расщепленных материалов в поляризованном свете с временным разрешением: применение к кристаллизации полимеров». Мягкая материя . 6 (18): 4430–4440. Бибкод : 2010SMat....6.4430M . дои : 10.1039/C0SM00332H .
  6. ^ Буле-Оде, М; Воллрат, Ф; Голландия, К (2011). «Инфракрасная спектроскопия полного отражения с рео-ослаблением: новый инструмент для изучения биополимеров». Физическая химия Химическая физика . 13 (9): 3979–3984. Бибкод : 2011PCCP...13.3979B . дои : 10.1039/C0CP02599B . ПМИД   21240437 .
  7. ^ Jump up to: а б Голландия, К; Урбах, Дж; Блэр, Д. (2012). «Прямая визуализация фибриллогенеза шелка, зависящего от сдвига» (PDF) . Мягкая материя . 8 (9): 2590–2594. Бибкод : 2012SMat....8.2590H . дои : 10.1039/C2SM06886A . S2CID   97800780 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 декабря 2019 г.
  8. ^ Гуан, Дж; Портер, Д; К, Тиан; Чжэнчжун, С; Чен, X (2010). «Морфология и механические свойства каркасов из соевого белка, полученных методом направленного замораживания». Журнал прикладной науки о полимерах . 118 (3): 328–336. дои : 10.1002/app.32579 .
  9. ^ Челси Уайт (23 ноября 2011 г.). «Лицом к лицу с сверхэффективным тутовым шелкопрядом» . Новый учёный . Архивировано из оригинала 27 декабря 2011 года . Проверено 10 апреля 2012 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c7bca1cfe96b9b9485552adbfcecddac__1706108460
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c7/ac/c7bca1cfe96b9b9485552adbfcecddac.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Aquamelt - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)