728 подписчиков
Учёные обратили внимание на хитин в качестве уникального биомеханического материала. И всё благодаря бабочкам!
Крылья бабочки - это удивительное творение природы, состоящее из хитина, органического полимера, который также является основным компонентом панцирей членистоногих. Когда бабочка вылупляется из своего кокона, она медленно разворачивает свои крылья, и в этот момент происходят удивительные изменения. Хитиновый материал обезвоживается, а кровь бабочки течет по ее венам, создавая силы, которые реорганизуют молекулы материала, чтобы придать крыльям уникальную силу и жесткость, необходимые для полета.
Это удивительное сочетание сил, движения воды и молекулярной организации вдохновило доцента Хавьера Г. Фернандеса и его коллег из Сингапурского университета технологий и проектирования (SUTD) на исследование возможности использования хитиновых полимеров в механизмах. Их последние исследования, опубликованные в журнале Advanced Materials Technologies, раскрывают приспособляемость и молекулярные изменения хитиновых материалов в ответ на окружающую среду.
Фернандес и его команда показали, что хитиновые полимеры сохраняют свою способность связывать различные силы и содержать воду, даже после извлечения из природных источников. Это делает их энергоэффективными и биосовместимыми материалами. Хитин является вторым по распространенности органическим полимером в природе после целлюлозы и является частью каждой экосистемы. Он может быть получен из различных организмов, включая городские отходы.
Исследователи из SUTD извлекли хитиновые полимеры из выброшенных панцирей креветок и создали пленки, которые демонстрировали удивительные свойства. Растягивание этих хитиновых пленок приводило к реорганизации их молекулярной структуры, уменьшению содержания воды и увеличению плотности упаковки молекул. Это превращало хитиновые пленки в материал, напоминающий пластик, с уникальными свойствами. В отличие от синтетических полимеров, реорганизованные хитиновые пленки могут автономно расслабляться и сокращаться в ответ на изменения окружающей среды, подобно некоторым насекомым, которые адаптируют свои панцири к разным ситуациям.
Для демонстрации инженерной применимости этих биосовместимых пленок, исследовательская группа создала механическую руку. Они использовали изменения окружающей среды и биохимические процессы для контроля воды в пленках, что позволило им создать достаточную силу захвата, эквивалентную 18 килограммам. Это более половины средней силы захвата взрослого человека.
Кроме того, команда показала, что хитиновые пленки могут использоваться для сбора энергии от изменений влажности окружающей среды и преобразования ее в электричество. Это открывает возможности для использования этих материалов в различных высокотехнологичных и специализированных инженерных целях.