Công nghệ & sản phẩm mới, Khoa học và đời sống, Tin tức
Bắt chước thiên nhiên
Tơ nhện
Tơ nhện đã là một chủ đề trọng tâm cho nghiên cứu mô phỏng sinh học trong suốt nhiều năm. Nó nổi tiếng với độ bền kéo và khả năng tương thích sinh học đáng kinh ngạc. Do đó, có vô số ví dụ về mô phỏng nhân tạo dựa trên nhiều loại vật liệu khác nhau. Trong đó, ít được nghiên cứu kỹ nhưng không kém phần thú vị là cơ chế hình thành các sợi tơ. Tơ nhện được tạo thành sợi rắn nhờ lực xoắn của các ống dẫn tơ nơi tơ lỏng dự trữ trong cơ thể nhện. Các lực xoắn này bắt đầu hình thành các mầm tinh thể mà trên đó vật liệu sẽ kết tinh thêm. Điều thú vị là quá trình tổng hợp tương ứng đòi hỏi năng lượng hoạt hóa cao hơn nhiều so với quá trình hình thành tơ. G.J. Dunderdale và cộng sự từ Đại học Sheffield hiện đã phát triển thành công quy trình tạo ra sự kết tinh của dung dịch poly (ethylene oxide) (PEO) trong nước bằng cách tạo ra lực xoắn đạt hiệu quả về mặt năng lượng. [1]
Sự xoắn gây ra sự chuyển pha trong poly (ethylen oxide)
Sự hình thành các tinh thể đạt được bằng cách đun nóng dung dịch để đạt được mẫu đồng nhất, tiếp theo là làm nguội và chia nhỏ dung dịch cho từng công việc quan trọng (Wc). Các dữ liệu tán xạ tia X nhỏ và góc rộng tại chỗ (In-situ SAXS/WAXS) được thu thập trong khi dung dịch đang bị xoắn bằng cách sử dụng tế bào xoắn Linkam CSS 450, cho thấy rõ ràng sự bắt đầu của quá trình kết tinh. Điều này được phản ánh bởi sự gia tăng đều đặn của cường độ tán xạ cũng như sự định hướng của mẫu được biểu thị bằng sự gia tăng của hàm định hướng Herman’s P2 (xem hình trên với 2D SAXS và sự phát triển của các tham số được trích xuất). 2D WAXS được thu thập đồng thời cũng cho thấy rõ đặc điểm phản xạ để hình thành cấu trúc xoắn PEO 72.
Những kết quả này phù hợp chặt chẽ với hình ảnh ánh sáng phân cực của sự xoắn (shear-induced polarized light imaging – SIPLI), trong đó sự khởi đầu của quá trình kết tinh được biểu thị bằng sự hình thành của hình Chữ thập Maltese. Với sự kết hợp của các kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rõ ràng khả năng bắt chước sự chuyển pha của dung dịch polyme có chứa nước thành vật liệu rắn khi xoắn.
Nguyễn Tiến Dũng dịch.
Nguồn: Xenocs
Bài viết liên quan:
Tìm hiểu thêm thiết bị tán xạ tia X cho ứng dụng trên tại đây!
[1] Nghiên cứu được công bố trên tạp trí Nature:
Gary J. Dunderdale, Sarah J. Davidson, Anthony J. Ryan and Oleksandr O. Mykhaylyk,
Flow-induced crystallization of polymers from aqueous solution. Nat Commun, 11, 3372 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17167-8
