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制作透明柔韧的丝绸和纳米管材料

发布时间:2019-02-23 11:37:34 来源:

家蚕Bombyx mori生产的丝绸纤维作为一种强劲而轻盈的奢华材料,已被珍贵数千年。尽管合成聚合物如尼龙和聚酯成本较低,但它们与丝绸的天然品质和机械性能无法相比。根据匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究,丝绸与碳纳米管相结合可能会产生新一代的生物医学设备和所谓的瞬态可生物降解电子设备。

该研究“美国化学学会期刊应用纳米材料 ”杂志10月26日刊登了“用碳纳米管通过分子相互作用促进透明可生物降解装置促进丝素蛋白薄膜中富含螺旋结构”的研究。

“丝绸是一种非常有趣的材料。它是由人类几千年来使用的天然纤维制成的高品质纺织品,但我们作为工程师最近开始欣赏丝绸的许多新兴应用的潜力,如柔性生物电子学其独特的生物相容性,生物降解性和机械灵活性,“Swanson学院工业工程助理教授,该论文的第一作者Mostafa Bedewy指出。“问题在于,如果我们想要将丝绸用于这种应用,我们不希望它以纤维的形式出现。相反,我们希望以具有所需光学性能的薄膜形式再生丝蛋白,称为丝心蛋白。 ,机械和化学性质。“

如下面视频中的作者所解释的,这些再生的丝纤蛋白(RSF)然而通常在水中化学不稳定并且由于难以精确控制RSF膜中丝心蛋白的分子结构而具有较差的机械性质。Bedewy和他的NanoProduct实验室小组也广泛研究碳纳米管(CNTs),认为纳米管和丝心蛋白之间的分子相互作用可能能够“调整”RSF蛋白质的结构。

“碳纳米管的一个有趣的方面是,当它们分散在聚合物基质中并暴露于微波辐射时,它们会局部升温,”Bedewy博士解释说。“因此,我们想知道我们是否可以利用这种独特的现象在”RSF-CNT“复合材料中在CNT周围的丝心蛋白结构中产生所需的转变。”

根据Bedewy博士的说法,微波辐射与溶剂蒸汽处理相结合,为蛋白质结构提供了独特的控制机制,并产生了与合成聚合物相当的柔韧透明薄膜,但其可以更具可持续性和可降解性。这些RSF-CNT薄膜具有用于柔性电子设备,生物医学设备和瞬态电子设备的潜力,例如传感器,其可在体内使用数小时至数周的所需时间,然后自然溶解。

“我们很高兴在未来进一步推进这项工作,因为我们期待着开发这些独特功能材料的科学和技术方面,”Bedewy博士说。“从科学的角度来看,关于纳米管表面和蛋白质分子的功能化之间的分子相互作用还有很多东西需要了解。从工程的角度来看,我们希望开发可扩展的制造工艺,用于获取天然蚕丝的茧并将其转化为用于下一代可穿戴和植入式电子设备的功能性薄膜。“

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