Aquamelt - Aquamelt

Bir Aquamelt doğal olarak sulu polimerik Çevresel sıcaklıklarda kontrollü bir gerilme girdisi (mekanik veya kimyasal) yoluyla katılaşabilen malzeme.

Bir değişiklik yoluyla kendilerine uygulanan işi "kilitleyebilme" konusunda benzersizdirler. hidrojen bağı standart polimerlerden yaklaşık 1000 kat daha az enerji ile işlenmelerini sağlar.[1] Bu yakın zamanda bir arketip olarak gösterilmiştir. biyopolimer, ipek,[2] ancak katılaşma mekanizmasının diğer birçok biyolojik materyalin doğasında olduğu düşünülmektedir.[3][4]

Keşif ve mekanizma

Aquamelts, Çin ipekböceğinin eğirme hammaddesi arasındaki bir karşılaştırma sonucunda yeni bir polimerik malzeme sınıfı olarak tanımlandı (Bombyx mori ) ve erimiş yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE)[2] kullanma kayma kaynaklı polarize ışık görüntüleme (SIPLI).[5]

Kaymanın neden olduğu fibrilasyonun mevcut anlayışı, polimer zincirleri aşağıdaki aşamalar dizisinden geçmek için i) uzun zincirli moleküller gerilir, ii) ve kalıcı nokta çekirdekler oluşturur; bu, iii) akış altında sıralar halinde hizalanır ve ardından iv) kristalin fibriller oluşturmak üzere büyür.[2] Bu fibrillerin kalması için numunenin sıcaklığının polimer erime noktasının altına düşürülmesi gerekir. Bu süreç, doğal ipek polimerlerinin fibrilogenezine benzerdir. proteinler hizala (yeniden katla), çekirdekle (denatüre etmek ) ve kristalize edin (bir araya getirin). Bununla birlikte, ipekler için, fibriller sıcaklıkta bir düşüşe gerek kalmadan varlığını sürdürür.[6][7]

Makromoleküler bir perspektiften bakıldığında, iki işlemin, doğal bir proteinin, onunla yakından bağlı suyla benzersiz etkileşimi nedeniyle benzer olduğu düşünülmektedir.[3][4] Eriyikteki tek bir polimer zincirine çok benzer şekilde, doğal bir protein ve onun yakından bağlı su molekülleri bir çözelti olarak değil, tek bir işlenebilir varlık olarak düşünülebilir. nanokompozit "aquamelt" olarak adlandırılır.

Tipik bir polimer ve bir aquamelt arasındaki farklar, bir aquamelt'in çevresel sıcaklıklardaki strese tepki olarak katılaşma kabiliyetiyle vurgulanmaktadır. Bu, uygulanan stres, nanokompozitleri ayırarak, yakından bağlı suyu proteinden ayırmak için yeterli olduğunda meydana gelir. Bu, proteinde konformasyonel değişikliklere ve protein zincirleri arasında hidrojen bağı oluşturma ve ardından katılaşma olasılığının artmasına neden olur.[4] Çok ölçekli yapılar, yani fibriller veya köpükler yönlü stres alanları ve aquamelt'in kendiliğinden birleşen özelliklerinin bir kombinasyonunun sonucudur.[7][8]

Potansiyel kullanımlar

Aquamelts, mevcut çözümlere göre çeşitli avantajlar sunar: sentetik polimer üretim. Birincisi, doğal kaynaklı olup, sıvı yağ üretim için ve geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir. İkincisi, işlenebilirler oda sıcaklıkları ve katılaştırma işleminden yan ürün olarak sadece su ile sonuçlanan basınçlar. Üçüncü olarak, ipek ve yüksek yoğunluklu polietilen hammaddeler üzerinde yapılan iş hesaplamaları, katılaşmayı başlatmak için gereken kesme enerjisi miktarında on kat bir fark ortaya çıkardı.[9] İşleme sıcaklığı hesaba katıldığında, katılaşmaya uğramak için gereken enerji gereksinimi farkı, akuamellerde sentetik polimerlere göre bin kat daha azdır.[1]

Referanslar

  1. ^ a b "İpekböceklerinin Polimer Bilim Adamlarını Nasıl Yendi - Aquamelt Sırrı". Bilim Tartışması. 25 Kasım 2011. Alındı 10 Nisan 2012.
  2. ^ a b c Holland, C; Vollrath, F; Ryan, A; Mykhaylyk, O (2012). "İpek ve Sentetik Polimerler: 100 Derece Ayrılmanın Uzlaştırılması". Gelişmiş Malzemeler. 24 (1): 105–109. doi:10.1002 / adma.201103664. PMID  22109705.
  3. ^ a b Porter, D; Vollrath, F (2008). "Protein stabilitesinde su ve amid bağının kinetiğinin rolü". Yumuşak Madde. 4 (1): 328–336. Bibcode:2008SMat .... 4..328P. doi:10.1039 / B713972A.
  4. ^ a b c Porter, D; Vollrath, F (2012). "Su hareketliliği, denatürasyon ve proteinlerde cam geçişi". Biochimica et Biophysica Açta (BBA) - Proteinler ve Proteomikler. 1824 (6): 785–791. doi:10.1016 / j.bbapap.2012.03.007. PMID  22465032.
  5. ^ Mykhaylyk, O (2010). "Kesilmiş malzemelerin zaman çözümlemeli polarize ışık görüntülemesi: polimer kristalizasyonuna uygulama". Yumuşak Madde. 6 (18): 4430–4440. Bibcode:2010SMat .... 6.4430M. doi:10.1039 / C0SM00332H.
  6. ^ Boulet-Audet, M; Vollrath, F; Hollanda, C (2011). "Reo-zayıflatılmış toplam yansıtma kızılötesi spektroskopisi: biyopolimerleri incelemek için yeni bir araç". Fiziksel Kimya Kimyasal Fizik. 13 (9): 3979–3984. Bibcode:2011PCCP ... 13.3979B. doi:10.1039 / C0CP02599B. PMID  21240437.
  7. ^ a b Holland, C; Urbach, J; Blair, D (2012). "Kesmeye Bağlı İpek Fibrilogenezinin Doğrudan Görselleştirilmesi" (PDF). Yumuşak Madde. 8 (9): 2590–2594. Bibcode:2012SMat .... 8.2590H. doi:10.1039 / C2SM06886A.
  8. ^ Guan, J; Porter, D; K, Tian; Zhengzhong, S; Chen, X (2010). "Yönlü dondurma ile yapılan soya proteini iskelelerinin morfolojisi ve mekanik özellikleri". Uygulamalı Polimer Bilimi Dergisi. 118 (3): 328–336. doi:10.1002 / app.32579.
  9. ^ Chelsea Whyte (23 Kasım 2011). "Süper verimli ipekböceği ile yüz yüze". Yeni Bilim Adamı. Alındı 10 Nisan 2012.