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這個(gè)小組時(shí)隔兩年Nature再獲突破：水凝膠使硬硬的結(jié)晶材料產(chǎn)生自修復(fù)行為
文章來(lái)源：未知 更新時(shí)間：2018-05-04 10:33:40
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【引言】 隨著原子或分子組分之間相互作用的程度增加，材料通常變得更有序。 然而，高水平的結(jié)構(gòu)有序性和柔性兩者并不一定是相互排斥的; 有許多生物和合成裝配體可以進(jìn)行相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換而不會(huì)失去其結(jié)晶順序，并具有顯著的機(jī)械性能，這些機(jī)械性能可用于各種應(yīng)用，例如選擇性吸附，分離，傳感和機(jī)械致動(dòng)。然而，結(jié)構(gòu)變化的程度和這種柔性晶體的彈性受到維持晶格組成部分之間連接網(wǎng)絡(luò)的限制。 因此，即使是最具動(dòng)態(tài)性的多孔材料也趨向于脆性并被分離為微晶粉末，而柔性的有機(jī)或無(wú)機(jī)分子晶體不能在不破裂的情況下發(fā)生膨脹。 由于它們的剛性，結(jié)晶材料很少顯示出自愈行為。 【成果簡(jiǎn)介】 Nature最新一期的報(bào)道中，加利福尼亞大學(xué)F. Akif Tezcan（通訊作者）團(tuán)隊(duì)發(fā)表了題為“Hyperexpandable, self-healing macromolecular crystals with integrated polymer networks”的文章，研究發(fā)現(xiàn)具有水凝膠聚合物的大分子鐵蛋白晶體可以各向同性地膨脹至其原始尺寸的180％，并且超過其原始體積的500％，同時(shí)保持周期性排序和多面Wulff形態(tài)。即使相鄰的鐵蛋白分子在晶格膨脹時(shí)分離50埃后，它們之間的特定分子接觸可以在晶格收縮時(shí)重新形成，實(shí)現(xiàn)了迄今為止報(bào)道的原子級(jí)周期性和最高分辨率鐵蛋白結(jié)構(gòu)的恢復(fù)。水凝膠網(wǎng)絡(luò)和鐵蛋白分子之間的動(dòng)態(tài)結(jié)合相互作用賦予晶體有效抵抗碎裂和自愈的能力，而鐵蛋白分子的化學(xué)調(diào)整能夠在單晶內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)和機(jī)械分化的結(jié)構(gòu)域。而在16年Tezcan還在加州大學(xué)圣地亞哥分校時(shí)就發(fā)表了一篇關(guān)于適應(yīng)蛋白質(zhì)晶體的材料，這種材料具有一種違背我們正常認(rèn)知的屬性：當(dāng)我們沿一個(gè)方向?qū)ζ溥M(jìn)行拉伸時(shí)，在與拉伸方向垂直的方向上，材料非但沒有變薄，反而變得更厚。同樣的，當(dāng)我們沿一個(gè)方向?qū)ζ溥M(jìn)行擠壓時(shí)，它在相垂直的方向上發(fā)生收縮而不是擴(kuò)張，并且在這個(gè)過程中密度變大。“自適應(yīng)蛋白質(zhì)晶體”這一“遇剛則剛”的反常屬性，使其具有很多的潛在應(yīng)用。例如：用于跑鞋的鞋底，當(dāng)鞋底與路面碰撞時(shí)，它會(huì)自動(dòng)變厚從而具有更好的減震作用；用于防彈衣，當(dāng)受到子彈射擊時(shí)，它會(huì)利用自身的自適應(yīng)作用而變得更加強(qiáng)韌。 【圖文導(dǎo)讀】 圖1 注入的水凝膠網(wǎng)絡(luò)后鐵蛋白晶體的膨脹-收縮
圖2 鐵蛋白晶體 - 水凝膠雜化體膨脹和收縮行為表征
圖3 通過XRD對(duì)鐵蛋白晶體-水凝膠雜化物進(jìn)行原子級(jí)結(jié)構(gòu)表征
圖4 鐵蛋白晶體-水凝膠雜化體的自愈行為和功能化
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