Mae natur wedi ysbrydoli pobl i baratoi strwythurau bionig amrywiol. Mae cryfder a chaledwch rhagorol sidan pry cop naturiol yn bennaf oherwydd ei strwythur hierarchaidd arbennig, megis pwyntiau croesgysylltu β -sheet, nanomodiwlau troellog gyda chadwyni moleciwlaidd trefnus iawn a gwain anhyblyg a creiddiau meddal. Mae llawer o ymchwilwyr wedi efelychu'r priodweddau hyn i gyflawni gwell priodweddau ffibrau artiffisial. Fodd bynnag, mae'n parhau i fod yn her defnyddio'r broses nyddu yn fedrus a gwireddu'r nodweddion hierarchaidd hyn ar yr un pryd.

Zun-feng liu yn ddiweddar, prifysgol nankai, Tsieina fferyllol prifysgol Zhou Xiang mei-fang zhu gyda thîm ymchwil prifysgol donghua hysbrydoli gan strwythur pry cop sidan protein, paratoi math o hydawdd crosslinking gel nano, nyddu sidan pry cop tebyg a strwythur hierarchaidd o ffibr crosslinked, fel y deunyddiau ffibr nyddu uniongyrchol gyda cryfder uchel a dycnwch uchel yn darparu strategaeth newydd.

Mae naddion β mewn proteinau sidan pry cop yn gweithredu fel pwyntiau trawsgysylltu, ac mae eu rhwydweithiau trawsgysylltu wedi'u lleoli o fewn proteinau crwn nanoseiddiedig. O ganlyniad, mae proteinau sidan pry cop yn hydawdd a gellir eu troelli'n uniongyrchol i ffibrau haenog trwy hunan-gynulliad. Wedi'u hysbrydoli gan strwythur a phroses nyddu sidan pry cop, paratôdd ymchwilwyr nanogeli hydawdd gyda rhwydwaith croesgysylltu mewnol. Paratowyd nanogels sy'n addas ar gyfer gwahanol monomerau trwy reoli crynodiad asiant trawsgysylltu yn y broses o polymerization radical rhad ac am ddim. Pan fydd cynnwys asiant crosslinking yn cynyddu o 0.15% i 1.05%, mae diamedr a swm agregu macromoleciwlau nano-gel yn cynyddu'n raddol.

Er mwyn ymchwilio i'r berthynas rhwng cynhwysedd nyddu tynnol y nanogel a'i faint gronynnau, trodd yr ymchwilwyr y ffibrau ar brofwr mecanyddol nes i'r ffibrau dorri wrth fesur y straen mecanyddol. Mae'r model damcaniaethol yn rhagweld bod y straen critigol mewn cyfrannedd gwrthdro â gwreiddyn sgwâr radiws y nanoronynnau.

Er mwyn ymchwilio ymhellach a ellir addasu maint a threfniant nanocomponents trwy ychwanegu gronynnau cnewyllol i wella priodweddau mecanyddol y ffibrau, paratôdd yr ymchwilwyr y cymhleth nanotiwbiau carbon/polydopamin (SWNT-PDA) un wal, a syntheseiddio'r nanogel. gydag asiant croesgysylltu o 0.15% ym mhresenoldeb SWNt-PDA. Astudiwyd dylanwad gronynnau cnewyllol ar strwythur a phriodweddau ffibrau nano-gel. Mae'r canlyniadau'n dangos, gyda'r cynnydd yng nghynnwys SWnT-PDA, bod cryfder torri asgwrn, straen torri asgwrn a chaledwch y ffibrau nanogel yn dangos tuedd gynyddol, ac mae'r nanocomponents yn cael eu trefnu'n fwy taclus ac mae'r diamedr cyfartalog yn lleihau.

Trwy ragymestyn, mae'r trefniant cadwyn moleciwlaidd yn cynyddu'n sylweddol ac mae diamedr ffibr cyfartalog yn cael ei ostwng. Ar gyfer ffibrau â straen 50%, mae'r esblygiad strwythurol yn gwella'r cryfder mecanyddol yn sylweddol ac yn lleihau'r elongation ar egwyl. Ar ôl optimeiddio troellog pellach, cyflawnir y cyfuniad o gryfder torri ffibr o 1.27gpa a chaledwch o 383MJ / m3 o'r diwedd, sy'n agos iawn at werth perfformiad sidan pry cop naturiol.

Cyhoeddwyd y gwaith cysylltiedig yn Advanced Materials dan y teitl "Protein-like Nanogel for Spinning Hierarchically Structured Artificial Spider Silk".