Molekulární nanovlákna inspirovaná kevlarem jsou silnější než ocel

Samoskládání molekul je v přírodě velmi rozšířené a slouží jako způsob, jak vytvořit organizované struktury v

každý živý organismus.Tento jev lze pozorovat například, když se dvě vlákna DNA – bez jakéhokoli vnějšího tlaku nebo směru – spojí a vytvoří dvojitou šroubovici. Nebo například když se velké množství molekul spojí a vytvoří membrány nebo jiné životně důležité buněčné struktury. 

Během posledních několika desetiletí vědci a inženýřinásledujte příklad přírody vytvářením molekul, které se samy skládají, například ve vodě. Cílem je vytváření nanostruktur především v biomedicínské oblasti.

Tým vědců z MassachusettsInstitute of Technology (MIT) vyvinul novou třídu malých molekul, které se spontánně skládají do nanopásků s nebývalou silou, přičemž si zachovávají svou strukturu mimo vodu. 

Obvykle jsou samomontážní struktury modelovány pomocívzorek buněčné membrány. Jejich vnější část je hydrofilní, zatímco vnitřní část je hydrofobní. Konfigurace je založena na radikálně odlišných procesech a poskytuje hnací sílu pro vlastní montáž. Avšak mimo vodu se taková struktura rozpadá.

Nový design molekuly vytvořený na Massachusetts Institute of TechnologyInstitute of Technology, se skládá ze tří hlavních složek: vnější hydrofilní část, která „miluje“ interakci s vodou, aramidy uprostřed pro vazbu a vnitřní hydrofobní část se svou „averzí“ k vodě. Podle vědců je inspirován strukturou kevlaru. Aramidy ve struktuře zajišťují její chemickou stabilitu a pevnost.

Vědci testovali desítky molekulsplnění těchto kritérií před nalezením návrhu, který vedl k vytvoření dlouhých pásků s tloušťkou v nanometrovém měřítku. Autoři poté změřili jejich sílu a tuhost, aby pochopili účinek začlenění kevlarových interakcí mezi molekuly. Zjistili, že tato nanovlákna byla nečekaně pevná – dokonce silnější než ocel.

Tento objev přiměl autory přemýšlet, zda je to možnézda vázat nanoružky k sobě pro získání stabilních makroskopických materiálů. Narovnaná vlákna byla stažena do dlouhých nití, které bylo možné sušit a zpracovávat. Ukázalo se, že jsou schopny unést váhu 200krát větší, než je jejich vlastní. 

Přečtěte si více

Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí

Radary našli poslední pevnost Tlingitů na Aljašce. Hledali ho více než 100 let

Třetina z těch, kteří se vzpamatovali z COVID-19, se vrací do nemocnice. Každý osmý - umírá

Aramid je dlouhý syntetický řetězecpolyamid, ve kterém je alespoň 85% amidových vazeb připojeno přímo ke dvěma aromatickým kruhům. Vlastnosti aramidových vláken jsou určeny jak chemickou, tak fyzikální mikrostrukturou.

Kevlar je para-aramidové vlákno vyráběné společnostíod DuPont. Kevlar je vysoce odolný. Poprvé získala společnost Kevlar skupina Stephanie Kwolek, americké chemičky a zaměstnankyně společnosti DuPont, v roce 1964, technologie výroby byla vyvinuta v roce 1965 a průmyslová výroba byla zahájena na začátku 70. let.