日本高级科学技术研究所 蛇形、扭曲和直线结构的自组装多糖单纤维的光学显微镜图像
信用:JAIST 日本高级科学技术研究所的研究人员
教授
小岛康介博士
麻衣子·冈岛和教授
在干燥过程中形成扭曲结构的独特多糖纤维显示出类似弹簧的行为
扭曲结构的类似弹簧的行为实际上被用作具有毫秒级响应时间的气敏薄膜中的增强结构
这项工作发表在《小》杂志的一篇论文中，题为“来自具有自组装扭曲微结构的多糖纤维的气敏材料”
" 多糖在自然界中扮演着多种角色，包括分子识别和保水
然而，由于调节自组装结构的困难，缺乏对多糖体外微尺度结构的研究
如果这些天然多糖的自组装结构可以在体外重建，这将不仅导致对多糖在水中自组装所涉及的形态学变化的更多理解，而且还将导致一类新的生物激发材料的开发，其表现出纳米尺度的调节结构
在这项研究中，证明了一种名为sacran的蓝细菌多糖，可以从纳米级到微米级分级自组装成直径> 1微米、长度> 800微米的扭曲纤维
这比以前报道的多糖大得多
与其他刚性原纤维多糖如纤维素不同，圣心纤维能够在蒸发的空气-水界面处灵活地转变成二维蛇形和三维扭曲结构
这种扭曲的圣心纤维在潮湿的环境中表现得像一个机械弹簧
通过控制干燥速度来优化扭曲结构的条件
实际上，干燥速度和毛细作用力是形成这些结构的主要因素
为了展示这种弹簧状多糖纤维的潜在用途，制备了交联多糖膜作为蒸汽敏感材料，并展示了微纤维在湿度梯度环境中的弹簧行为的效果
薄膜在300-800毫秒内可逆且快速地在平坦和弯曲状态之间切换
薄膜显示的这种排斥运动是由纤维响应水分变化的蜿蜒和扭曲结构引起的
圣心膜显示了水滴后退的快速响应，从弯曲状态变为平坦状态
因为延伸的骶骨纤维像弹簧一样具有拉伸应力，网络可以通过收缩快速释放水分
结果，弯曲的薄膜立即变平
因此，蜿蜒和扭曲的光纤网络能够对局部湿度的变化做出毫秒级的弯曲和拉伸响应
由蛇形/扭曲纤维网络组成的湿敏薄膜示意图
信用:JAIST 通过这种简单的方法，JAIST的研究人员可以从一种天然多糖中创造出独特的微弹簧，这种多糖实际上是一种对蒸汽敏感的材料
通过在微纤维中引入功能性分子，可以制备各种响应外部环境变化(如光、酸碱度和温度)的柔性致动器
本研究开发的制备蒸汽传感器的方法不仅提高了对自组装结构的运动如何响应刺激的理解，而且有助于设计具有高度可持续使用潜力的环境适应性材料
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