Onderzoekers van het Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) afgestudeerde student Kulisara Budpud, Assoc. Prof. Kosuke Okeyoshi, Dr. Maiko Okajima en, Prof. Tatsuo Kaneko onthult een unieke polysacharidevezel in een gedraaide structuur die zich vormt onder een droogproces en die veerachtig gedrag vertoonde. Het veerachtige gedrag van getwiste structuren wordt praktisch gebruikt als een versterkte structuur in een dampgevoelige film met responstijd op millisecondeschaal. Dit werk is gepubliceerd in Klein in een paper getiteld "Vapor-Sensitive Materials from Polysaccharide Fibers with Self-Assembling Twisted Microstructures."

Polysachariden spelen verschillende rollen in de natuur, inclusief moleculaire herkenning en waterretentie. Nog altijd, er is een gebrek aan onderzoek naar in vitro microschaalstructuren van polysachariden vanwege de moeilijkheden bij het reguleren van zelf-geassembleerde structuren. Als de zelf-geassembleerde structuren van deze natuurlijke polysachariden in vitro kunnen worden gereconstrueerd, het zal niet alleen leiden tot een beter begrip van de morfologische veranderingen die betrokken zijn bij de zelfassemblage van polysachariden in water, maar ook tot de ontwikkeling van een nieuwe klasse van bio-geïnspireerde materialen, die gereguleerde structuren op nanometerschaal vertonen.

In dit onderzoek, het is aangetoond dat een cyanobacteriële polysacharide genaamd sacran, kan hiërarchisch zichzelf assembleren als gedraaide vezels van nanoschaal tot microschaal met een diameter van> 1 m en lengtes> 800 urn. dit is opmerkelijk groter dan eerder gerapporteerde polysachariden. In tegenstelling tot andere rigide fibrillaire polysachariden zoals cellulose, de sacran-vezel is in staat om flexibel te transformeren in tweedimensionale kronkelende en driedimensionale gedraaide structuren op een verdampend lucht-waterinterface. Deze gedraaide sacranvezel gedraagt ​​zich als een mechanische veer in een vochtige omgeving.

Het optimaliseren van de conditie van de getwiste structuur wordt gedaan door de droogsnelheden te regelen. Werkelijk, de droogsnelheid en de capillaire kracht zijn de dominante factoren bij het creëren van deze formaties. Om het potentiële gebruik van deze veerachtige polysacharidevezel aan te tonen, een verknoopte polysacharidefilm wordt vervaardigd als een dampgevoelig materiaal en de effecten van het veergedrag van de microvezel in een omgeving met een vochtigheidsgradiënt worden gedemonstreerd. De film schakelde binnen 300-800 ms omkeerbaar en snel tussen vlakke en gebogen toestanden. Deze afstotende beweging die door de film wordt weergegeven, wordt veroorzaakt door de kronkelende en gedraaide structuren van de vezels die reageren op de verandering van vocht. De sacran-film toont een snelle reactie op het terugtrekken van de waterdruppel, veranderen van de gebogen staat naar de platte staat. Omdat de verlengde sacranvezels rekspanning hebben als een veer, het netwerk kan snel water vrijgeven door te krimpen. Als resultaat, de gebogen film wordt onmiddellijk vlak. Dus, het kronkelende en gedraaide vezelnetwerk maakt buig- en rekreacties van milliseconden mogelijk op veranderingen in de lokale vochtigheid.

Van deze eenvoudige methode, JAIST-onderzoekers konden unieke microveren maken van een natuurlijk polysacharide dat praktisch wordt gebruikt als dampgevoelig materiaal. Door functionele moleculen in de microvezel te introduceren, het zou mogelijk zijn om een ​​verscheidenheid aan zachte actuatoren voor te bereiden die reageren op andere veranderingen in de externe omgeving, zoals licht, pH, en temperatuur. De methode voor het maken van dampsensoren die door deze studie is ontwikkeld, verbetert niet alleen het begrip van hoe de beweging van zelf-geassembleerde structuren reageert op stimuli, maar draagt ​​ook bij aan het ontwerp van milieuvriendelijke materialen met een groot potentieel voor duurzaam gebruik.