研究人员如何构建出比钢更坚固的分子纳米纤维?
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发布时间：2024-05-12 19:13
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时间：2024-06-09 04:52
科学家们破译了自然法则，构建出比钢还要坚固的分子纳米纤维，将自组装艺术推向新的高度。
在大自然的神奇拼图中，自组装如同无形的建筑师，驱动着生命体内的有序结构形成。例如，DNA双螺旋的诞生，或是细胞膜的构筑，无需外力的引导，分子们就能自动对齐，形成复杂而又稳定的结构。麻省理工学院材料科学与工程系的助理教授 Julia Ortony 描述了科学家们如何追随这一规律，创造出自组装的奇迹。
过去几十年间，科研人员一直在尝试复制自然界的纳米技术，通过小分子在水中自组装，期望用于生物医学领域。然而，这些材料往往面临降解和化学不稳定的挑战，一旦失去水分，结构便会瓦解。Ortony 和她的团队成功突破了这一限制，设计出一类新型小分子，它们在干燥环境下仍能保持坚挺的纳米带结构，这一成果于《自然纳米技术》杂志上公布，预示着广阔的应用前景。
Tazuko Aida 教授，理化学研究所紧急物质科学中心副主任，对于这一创新赞誉有加：“这种通过精确自组装展现非凡机械性能的工作，无疑将深远影响纳米技术领域。”
Ortony 的团队灵感来源于细胞膜，利用分子间的亲水性和疏水性差异，驱动其自发排列，形成具有特定形状的纳米级结构。关键在于，他们通过微妙的分子设计，让分子在结合过程中如同Kevlar纤维般坚固，这一过程减缓了分子运动，从而赋予了纳米带超越预期的强度。
博士生 Ty Christoff-Tempesta 描述说，通过增强分子间的紧密连接，他们创造出比钢还要坚硬的纳米带。研究人员精心挑选的分子组合，形成了具有非凡性能的材料，其强度和刚度测试结果令人惊叹。
这个突破性发现打开了新的研究窗口，Ortony 的团队正在探索将这些纳米带连接成宏观材料的可能性。他们已经成功地将纳米带拉成能干燥处理的细线，这些线轻盈却能承受自身重量的200倍，展现出惊人的表面积比。Christoff-Tempesta 表示，这将为小型化技术提供前所未有的潜力，比如用于水处理中的重金属提取。
对于 Ortony 来说，团队的成功是对最初目标的极大肯定，他们通过调整分子内部结构，创造了强度惊人的纳米结构。未来，他们将寻找这些新型材料的实际应用，那将是一场探索未知领域的激动人心的旅程。
