自然のプロセスをコピーすることで、人工のマザーオブパールを作成できました

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ビデオ: 違うプロジェクトにテンプレートをコピーする方法 2022, 12月
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Anonim
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中国の科学者たちは、天然と変わらない人工真珠層の製造方法について説明しています。この技術は、ポリマーと鉱物成分を組み合わせた他の複雑なメタマテリアルの合成にも使用できます。著者は、サイエンス誌が発行した記事にこれについて書いています。

マザーオブパールは、複雑な構造を持つ天然の複合材料であり、一部の種類の軟体動物は貝殻の内壁に沈着します。それは炭酸カルシウムの斜方晶-アラゴナイトによって形成されます。直径約10〜20ミクロン、厚さ約5ミクロンのこの鉱物の六角形のプレートは、キチンやフィブロインなどのタンパク質や多糖類の生体高分子で裏打ちされた平行な重なり合う層に積み重ねられています。

この組み合わせは、真珠層に、強度、弾力性、ひび割れに対する耐性など、実用上非常に興味深い多くの貴重な特性をもたらします。人工真珠層を取得するには、さまざまなアプローチがあります。レイヤーごとのビルドアップ、自己組織化、および「フリーズキャスティング」の両方です。しかし、中国科学技術大学のShu-Hong Yuらは、これらの高度な技術はいずれも、天然の真珠層に匹敵する材料を提供しておらず、「生物が使用する戦略を使用していない」と述べています。 「」

鉱化作用の自然過程をシミュレートすることによって真珠層を取得する最初の成功した試みは、2012年にケンブリッジの研究者によって行われました。科学者たちは、ガラス基板の表面に薄い層で生体高分子を堆積させ、それらの中に多孔質構造を形成し、次にそれらを新しい高分子、ならびに天然の真珠層に見られる量のカルシウムおよびマグネシウム塩を含む溶液に浸しました。真珠層。 「天然と同一」の人工真珠層の高品質なサンプルが得られるまで、このプロセスを何度も繰り返して新しい層を構築しました。

Shu-Hong Yuが率いる中国の科学者は、ポリマーマトリックス層の鉱化作用に基づいてこのアプローチを単純化しました。キトサン溶液を冷却する際の凍結異方性結晶形成を使用して、著者らは、酢酸の作用下でアセチル化されて安定なキチンマトリックスを形成する層状構造を得た。重炭酸カルシウムの溶液は、マグネシウムの存在下でそれを通してポンプで送られ、それはキチンの層間の鉱物層に沈着した。最後に、フィブロインタンパク質ポリマーが材料に導入され、圧縮されました。

形成されたメタマテリアルを研究した結果、科学者たちは、構造のさまざまなレベルで天然の真珠層に近いことを確認しました。炭酸カルシウムは、天然のアラゴナイトよりもいくらか大きいアラゴナイト結晶を形成し、真珠層の硬さをわずかに弱めました。しかし、一般的に、そのような材料は、その魅力的な外観やマイクロクラックの成長に対する耐性など、マザーオブパールのすべての有用な特性を保持していました。

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シナノドン軟体動物(左)と人工真珠層によって合成された天然真珠層の外観と構造の比較:(A-B)外観; (C-D)横方向の切れ目。

これまでのところ、マザーオブパールはジュエリーや装飾材料としてほぼ独占的に使用されていますが、安価な工業生産を確立できれば、明るく耐久性のある材料ははるかに幅広い用途を見つけることができます。さらに、著者らは、このアプローチを使用して、固体鉱物と弾性ポリマー成分の層が規則正しく交互になっている他のメタマテリアルを取得することもできると述べています。

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