Forskare vid Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) doktorand Kulisara Budpud, Assoc. Prof. Kosuke Okeyoshi, Dr Maiko Okajima och, Prof. Tatsuo Kaneko avslöjar en unik polysackaridfiber i en tvinnad struktur som bildas under en torkningsprocess som visade fjäderliknande beteende. Det fjäderliknande beteendet hos vridna strukturer används praktiskt taget som en förstärkt struktur i en ångkänslig film med svarstid i millisekundskala. Detta arbete är publicerat i Små i en artikel med titeln "Vapor-Sensitive Materials from Polysaccharide Fibres with Self-Assembly Twisted Microstructures."

Polysackarider spelar en mängd olika roller i naturen, inklusive molekylär igenkänning och vattenretention. Fortfarande, det saknas studier för in vitro mikroskalastrukturer av polysackarider på grund av svårigheterna att reglera självmonterade strukturer. Om de självmonterade strukturerna av dessa naturliga polysackarider kan rekonstrueras in vitro, det kommer inte bara att leda till en ökad förståelse för de morfologiska förändringarna som är involverade i polysackariders självmontering i vatten utan också till utvecklingen av en ny klass av bioinspirerade material, som uppvisar reglerade strukturer på nanometerskala.

I denna forskning, det har visat sig att en cyanobakteriell polysackarid som heter sacran, kan hierarkiskt självmontera som tvinnade fibrer från nanoskala till mikroskala med diametrar på> 1 μm och längder> 800 μm. detta är anmärkningsvärt större än polysackarider som tidigare rapporterats. Till skillnad från andra stela fibrillära polysackarider som cellulosa, sacranfibern kan flexibelt omvandlas till tvådimensionella slingrande och tredimensionella tvinnade strukturer vid ett gränssnitt mellan luft och vatten som avdunstar. Denna tvinnade sacran fiber beter sig som en mekanisk fjäder i en fuktig miljö.

Optimering av tillståndet för den tvinnade strukturen görs genom att kontrollera torkhastigheterna. Faktiskt, torkhastigheten och kapillärkraften är de dominerande faktorerna för att skapa dessa formationer. För att visa den potentiella användningen av denna fjäderliknande polysackaridfiber, en tvärbunden polysackaridfilm framställs som ett ångkänsligt material och effekterna av mikrofiberns fjäderbeteende i en miljö med fuktighetsgradient demonstreras. Filmen växlade reversibelt och snabbt mellan platt och böjt tillstånd inom 300-800 ms. Denna frånstötande rörelse som visas av filmen orsakas av fibrernas slingrande och vridna strukturer som reagerar på förändringen av fukt. Den sakraniska filmen visar en snabb reaktion på att vattendroppen drar sig tillbaka, ändras från böjt till platt tillstånd. Eftersom de förlängda sacranfibrerna har förlängningsspänning som en fjäder, nätverket kunde snabbt släppa ut vatten genom att krympa. Som ett resultat, den böjda filmen blir platt omedelbart. Således, det slingrande och tvinnade fibernätverket möjliggör böj- och sträckningssvar i millisekunder på förändringar i lokal fuktighet.

Från denna enkla metod, JAIST-forskare kan skapa unika mikrofjädrar från en naturlig polysackarid som praktiskt taget används som ett ångkänsligt material. Genom att introducera funktionella molekyler i mikrofibern, det skulle vara möjligt att förbereda en mängd olika mjuka ställdon som svarar på andra förändringar i den yttre miljön, som ljus, pH, och temperatur. Metoden för att förbereda ångsensorer som utvecklats av denna studie förbättrar inte bara förståelsen för hur rörelsen hos självmonterade strukturer svarar på stimuli, men bidrar också till design av miljöanpassade material med hög potential för hållbar användning.