Uniwersytet w Tel Awiwie rewolucjonizuje dziedzinę szkła samonaprawiającego się

Naukowcy z TAU stworzyli nowy rodzaj szkła, które ma unikalne, a nawet paradoksalne właściwości, takie jak: jest zarówno silnym klejem (lepkim), jak i jednocześnie niesamowicie przezroczystym. Szkło, które powstaje samoistnie w kontakcie z wodą o temperaturze pokojowej, może zrewolucjonizować szereg tak różnorodnych gałęzi przemysłu, jak optyka i elektrooptyka, komunikacja satelitarna, teledetekcja i biomedycyna. Szkło odkrył zespół badaczy z Izraela i całego świata, pod przewodnictwem doktorantki Gal Finkelstein-Zota i profesora Ehuda Gazita z Uniwersytetu Harvarda. Szkoła Biomedycyny i Badań nad Rakiem Schmonisa w Wyższa Szkoła Nauk Przyrodniczych I Katedra Nauki i Inżynierii Materiałowej w Wyższa Szkoła Inżynierska W TAU. Wyniki badań opublikowano w zeszłym tygodniu w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature.

„W naszym laboratorium badamy biopowinowactwo i w szczególności wykorzystujemy fascynujące właściwości biologii do produkcji innowacyjnych materiałów” – wyjaśnia profesor Gazit. „Badamy między innymi sekwencje aminokwasów, które są budulcem białek. Aminokwasy i peptydy mają naturalną tendencję do łączenia się i tworzenia zorganizowanych struktur w określonej kolejności okresowej, jednak w trakcie badań odkryliśmy coś wyjątkowego. peptyd, który zachowuje się inaczej niż wszystko, co znamy: nie tworzy żadnego zorganizowanego wzoru, ale raczej amorficzny i zdezorganizowany wzór opisujący szkło.

(Od lewej do prawej) Gal Finkelstein-Zota i profesor Ehud Gazit.

Po prostu dodaj wodę

Na poziomie molekularnym szkło jest substancją płynną, której struktura molekularna nie jest uporządkowana. Jednak jego właściwości mechaniczne są podobne do ciał stałych. Szkło wytwarza się zazwyczaj poprzez szybkie schładzanie stopionych materiałów i „zamrażanie” ich w tym stanie przed umożliwieniem im krystalizacji, w wyniku czego powstaje stan amorficzny, który zapewnia unikalne właściwości optyczne, chemiczne i mechaniczne – a także trwałość, wszechstronność i zrównoważony rozwój. Naukowcy z TAU odkryli, że peptyd aromatyczny, który składa się z sekwencji trzech tyrozyny (YYY), samorzutnie tworzy szkło molekularne po odparowaniu roztworu wodnego w temperaturze pokojowej.

„Szkło komercyjne, które wszyscy znamy, produkowane jest w wyniku szybkiego schładzania stopionego materiału w procesie zwanym zeszkleniem” – mówi Gal Finkelstein-Zota. „Amorficzną, płynną organizację trzeba ustabilizować, zanim ułoży się w bardziej energooszczędny sposób, jak w kryształach, a do tego potrzeba energii – trzeba ją natomiast ogrzać do wysokich temperatur i natychmiast schłodzić. jak odkryliśmy, składa się z biologicznych elementów budulcowych.” , tworzą się samoistnie w temperaturze pokojowej, bez potrzeby stosowania energii, takiej jak wysoka temperatura lub ciśnienie. Wystarczy rozpuścić proszek w wodzie – tak jak w przypadku Kool-Aid, a szkło tak się stanie na przykład soczewki wykonane z naszego nowego szkła, zamiast poddawać je długiemu procesowi. „W drodze szlifowania i polerowania po prostu spuszczaliśmy kroplę na powierzchnię, na której mogliśmy kontrolować jej krzywiznę – a co za tym idzie – stężenie – regulując objętość. samego rozwiązania.”

Stałe szkło peptydowe po przygotowaniu.

Właściwości innowacyjnego szkła TAU są unikalne na skalę światową – a nawet są ze sobą sprzeczne: jest niezwykle twarde, ale potrafi się samonaprawiać w temperaturze pokojowej; Jest mocnym klejem, a jednocześnie przezroczystym w szerokim zakresie widma, od światła widzialnego po średnią podczerwień.

Niezniszczalny cud

„Po raz pierwszy komukolwiek udało się wyprodukować szkło molekularne w prostych warunkach” – mówi profesor Gazit – „ale właściwości wytworzonego przez nas szkła są równie ważne. Z jednej strony jest to szkło bardzo wyjątkowe. jest bardzo mocne, a z drugiej strony bardzo przezroczyste – znacznie bardziej przezroczyste niż zwykłe szkło. Zwykłe szkło krzemianowe, które wszyscy znamy, jest przezroczyste w zakresie światła widzialnego, a wykonane przez nas szkło molekularne jest przezroczyste w zakresie podczerwieni i ma wiele zastosowań w takich dziedzinach jak satelity, teledetekcja, łączność i optyka „Silny klej, może sklejać ze sobą różne szkła, a jednocześnie naprawiać powstałe w nich pęknięcia, czego nie ma żadne szkło na świecie. Ma ogromny potencjał naukowy i inżynieryjny, a wszystko to otrzymaliśmy z jednego peptydu – małego kawałka białka.