12月2020日，XNUMX (Nanowerk新闻）日本高级科学技术研究院（JAIST）的研究人员：研究生Kulisara Budpud，副教授。 Okeyoshi Kosuke教授，冈岛舞子（Maiko Okajima）博士和金尾达夫（Tatsuo Kaneko）教授揭示了一种独特的多糖纤维，其在干燥过程中形成的扭曲结构形成了类似于弹簧的行为。 扭曲结构的类似弹簧的行为实际上被用作具有毫秒级响应时间的蒸气敏感膜中的增强结构。 这项工作发表在 小 (“具有自组装扭曲微结构的多糖纤维的蒸气敏感性材料”). 

 图1.蛇形，扭曲和笔直结构的自组装多糖单纤维的光学显微镜图像。 图片：JAIST） 多糖在自然界中扮演着各种角色，包括分子识别和保水性。 尽管如此，仍然缺乏研究 体外 由于难以调节自组装结构，因此多糖的微尺度结构。 如果这些天然多糖的自组装结构能够在体外重建，则不仅会导致人们对水中多糖自组装所涉及的形态学变化有了更多的了解，而且还将导致一类新的生物灵感材料，其在纳米级上显示出受调控的结构。 在这项研究中，证明了一种名为sacran的蓝细菌多糖可以从纳米级到微米级从直径到约1 µm，长度> 800 µm的加捻纤维分层自组装。 它比以前报道的多糖大得多。 与其他刚性原纤维多糖（例如纤维素）不同，sacran纤维能够在蒸发的空气-水界面处灵活地转变为二维蛇形和三维扭曲结构（图1）。 在潮湿的环境下，这种扭曲的Sacran纤维的行为就像机械弹簧一样。 为了优化扭曲结构的条件，可通过控制干燥速度来形成扭曲结构。 实际上，干燥速度和毛细作用力是形成这些结构的主要因素。 为了显示这种弹簧状多糖纤维的潜在用途，制备了一种交联多糖膜作为蒸气敏感性材料，并证明了在湿度梯度环境中微纤维的弹簧行为的影响（图2）。  图2.由蛇形/扭曲纤维网络组成的湿敏膜的示意图。 图片：JAIST） 薄膜在300-800毫秒内可逆地快速在平坦状态和弯曲状态之间切换。 薄膜所显示的这种排斥运动是由纤维的蛇行和扭曲结构引起的，这些蛇行和扭曲结构响应于水分的变化。 sacran膜显示出对水滴后退的快速响应，从弯曲状态变为平坦状态。 由于延伸的骨纤维像弹簧一样具有延伸应力，因此网络可以通过收缩迅速释放水。 结果，弯曲的膜立即变平。 因此，蛇形和扭曲的纤维网络使毫秒弯曲和拉伸响应局部湿度的变化。 通过简单的方法，JAIST研究人员可以从天然多糖中创造出独特的微弹簧，而天然多糖实际上被用作对蒸气敏感的材料。 此外，通过将功能分子引入微纤维中，有可能制备出响应于外部环境的其他变化（例如光，pH和温度）的各种软致动器。 这项研究开发的制备蒸汽传感器的方法不仅提高了对自组装结构的运动如何响应刺激的理解。 但这也有助于设计具有可持续发展潜力的环保材料。

More information: Kulisara Budpud et al, Vapor‐Sensitive Materials from Polysaccharide Fibers with Self‐Assembling Twisted Microstructures, Small (2020). DOI: 10.1002/smll.202001993