0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

赋予晶体自适应变形的能力

新材料在线 来源:高分子科学前沿 作者:高分子科学前沿 2022-11-11 14:11 次阅读

穿上“DNA外衣”,晶体也能自适变形!

一说到晶体,举个大家最熟悉的实例应该就是金刚石——钻石!金刚石是一种非常典型的原子晶体,是自然界中天然存在最坚硬的物质。其实无论是人工合成还是天然的晶体,从结构到性能上都具备一定优越性,例如良好的热稳定性、化学稳定性和物理稳定性、振动声子以及电子和磁性电导率等,但这也使得晶体最突出的一个缺陷就在于其形变能力极差,无法和柔性聚合物以及生物体一样具备适应性变形的能力。

近日,《Nature》顶刊在线报道了美国西北大学化学系Chad A. Mirkin教授的突破性工作“Shape memory in self-adapting colloidal crystals”,他们通过引入DNA进行胶体晶体工程,成功实现了对晶体内的键相互作用类型的精细控制,赋予了晶体自适应变形的能力!将所得晶体通过外力压缩成各种不规则的形状,使其带上褶皱和折痕,经过再水化后,这些变形的晶体可以瞬间(几秒钟内)就恢复到初始的晶体形态和内部纳米级结构!

通常来说,这类晶体在经历严重变形时会失去宏观完整性和结晶度,并且需要耗费大量时间进行熔化或溶解以及随后的再结晶或退火过程才能恢复其初始结晶度,并且由于在这些系统中不可能发生大规模可逆晶体变形,使得他们在响应刺激时可以实现的依赖于结构的物理性质变化十分有限。

因此,研究者通过将金纳米颗粒(AuNP)和DNA进行键连构建了AuNP与DNA配体径向阵列的体心立方(bcc)晶体结构(> 100 µm)。研究者通过光学显微镜的原位观察到了这些晶体的机械响应行为,脱水后晶体展现出了传统晶体中无法观察到的大量形态变形

这些晶体变形的原理是:晶体中水含量的降低会改变其某些物理和化学性质,包括溶剂蒸发的温度、介电常数、离子强度、DNA的溶剂化程度以及水的表面张力等,从而导致DNA的构象发生变化,进而引起晶体的变形。然而,再水化后,晶体的初始菱形十二面体形态能够在几秒钟内完全恢复,在多次进行周期性脱水-再水化循环后晶体仍保持其形态完整性

a35e09d8-50c8-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图1 DNA键合晶体材料的结构示意图。

a373f7a2-50c8-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图2 DNA键合晶体材料变形和恢复特性的表征。

那这种机械响应的行为从本质上来说,晶体内部结构到底发生了什么变化?研究者使用单晶X射线衍射(SXRD)对晶体进行了研究,针对脱水-再水化循环中不同阶段的晶体进行了单独分析,结构发现在反射中存在不寻常的细微特征,即与晶体内部结构变形和快速恢复密切相关的零星线条和精细条纹

一般而言,镶嵌晶体的反射会呈现出相对各向同性的弧形或椭球形,也就是单晶中随机错向镶嵌区域散射的所有衍射的整数和。研究中发现的反射由穿过倒易空间的尖锐线条组成,这意味着高度变形晶体中的可编程原子当量畴之间存在强烈的位置相关性。简单来说,这个工作构建的晶体结构实现的是从内而外“质变”级别的效果,基于原子相关性和键相互作用实现了传统晶体所欠缺的自适应变形能力

a389638a-50c8-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

图3 单晶X射线衍射表征晶体材料的变形和恢复行为。

由此可见,这种通过和DNA大分子键结合在一起创造形状记忆晶体材料的策略十分可行,而且该晶体材料能随性设计!随意变形!随时恢复!这是和其他类型键结合的传统晶体结构所远远无法实现的。

其实既然使用到了DNA大分子来实现这一神奇的功能,那么未来的研究前景就相当广泛了,因为DNA本身就像个黑匣子,设计性极强!而且还具有多种信号响应性,比如温度、生物酶和pH等等!这就为将来探索和创造愈发灵活的晶体材料打开了一扇大门,使得只能化学传感、光学传感器和软体机器人的发展都迎来了新的曙光!





审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 光学传感器
    +关注

    关注

    8

    文章

    225

    浏览量

    60412
  • 软体机器人
    +关注

    关注

    1

    文章

    111

    浏览量

    11700

原文标题:7院院士再发Nature!赋予晶体材料自适应变形的能力

文章出处:【微信号:xincailiaozaixian,微信公众号:新材料在线】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    步进电机如何自适应控制?步进电机如何细分驱动控制?

    步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机,广泛应用于各种自动化控制系统中。为了提高步进电机的性能,自适应控制和细分驱动控制是两种重要的技术手段。 一、步进电机的自适应控制 自适应控制
    的头像 发表于 10-23 10:04 477次阅读

    TDP1204和TMDS1204如何使用自适应均衡

    电子发烧友网站提供《TDP1204和TMDS1204如何使用自适应均衡.pdf》资料免费下载
    发表于 09-11 10:28 0次下载
    TDP1204和TMDS1204如何使用<b class='flag-5'>自适应</b>均衡

    TUSB1146的自适应均衡带来的益处

    电子发烧友网站提供《TUSB1146的自适应均衡带来的益处.pdf》资料免费下载
    发表于 09-03 10:56 0次下载
    TUSB1146的<b class='flag-5'>自适应</b>均衡带来的益处

    ALINX受邀参加AMD自适应计算峰会

    近日,AMD 自适应计算峰会(AMD Adaptive Computing Summit, 即 AMD ACS)在深圳举行,聚焦 AMD 自适应 SoC 和 FPGA 产品最新动态,以及设计工具和开发环境的前沿技巧,是全球硬件开发者和工程师们深入交流与学习的优质平台。
    的头像 发表于 08-02 14:36 610次阅读

    如何在自己的固件中增加wifi自适应性相关功能,以通过wifi自适应认证测试?

    目前官方提供了自适应测试固件 ESP_Adaptivity_v2.0_26M_20160322.bin 用于进行 wifi 自适应认证测试. 请问如何在自己的固件中增加 wifi 自适应性相关功能,以通过 wifi
    发表于 07-12 08:29

    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】(自适应布局)

    针对常见的开发场景,方舟开发框架提炼了七种自适应布局能力,这些布局可以独立使用,也可多种布局叠加使用。
    的头像 发表于 05-25 16:36 1692次阅读
    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】(<b class='flag-5'>自适应</b>布局)

    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】应用(自适应布局)

    针对常见的开发场景,方舟开发框架提炼了七种自适应布局能力,这些布局可以独立使用,也可多种布局叠加使用。
    的头像 发表于 05-24 10:34 1023次阅读
    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】应用(<b class='flag-5'>自适应</b>布局)

    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】(多设备自适应能力)简单介绍

    本示例是《一次开发,多端部署》的配套示例代码,展示了[页面开发的一多能力],包括自适应布局、响应式布局、典型布局场景以及资源文件使用。
    的头像 发表于 05-21 14:59 2412次阅读
    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】(多设备<b class='flag-5'>自适应能力</b>)简单介绍

    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】(多设备自适应能力)实例

    此Demo展示在JS中的多设备自适应能力,包括资源限定词、原子布局和响应式布局。
    的头像 发表于 05-20 18:27 1367次阅读
    鸿蒙OS开发:【一次开发,多端部署】(多设备<b class='flag-5'>自适应能力</b>)实例

    鸿蒙OS实战开发:【多设备自适应服务卡片】

    服务卡片的布局和使用,其中卡片内容显示使用了一次开发,多端部署的能力实现多设备自适应。 用到了卡片扩展模块接口,[@ohos.app.form.FormExtensionAbility
    的头像 发表于 04-09 09:20 857次阅读
    鸿蒙OS实战开发:【多设备<b class='flag-5'>自适应</b>服务卡片】

    什么是自适应光学?自适应光学原理与方法的发展

    目前,世界上大型的望远镜系统都采用了自适应光学技术,自适应光学的出现为补偿动态波前扰动,提高光波质量提供了新的研究方向。 60多年来,自适应光学技术获得蓬勃发展,现已应用于天文学、空间光学、激光、生物医学等领域。
    发表于 03-11 10:27 2040次阅读

    TCP协议技术之自适应重传

    自适应重传是TCP协议中的一种拥塞控制机制,旨在通过智能的方式处理网络拥塞,并进行相应的数据重传,以提高网络的可靠性和性能。
    的头像 发表于 02-03 17:03 1497次阅读
    TCP协议技术之<b class='flag-5'>自适应</b>重传

    AMD率先推出符合DisplayPort™ 2.1 8K视频标准的FPGA和自适应SoC

    AMD UltraScale+ FPGA 和 AMD Versal 自适应 SoC 产品系列已率先成为业界符合 VESA DisplayPort 2.1 标准的 FPGA 和自适应 SoC。
    的头像 发表于 01-24 09:18 463次阅读

    用于混合应用的丝基晶体管将丝作为绝缘体 赋予晶体管新的传感能力

    赋予它们新的能力,例如直接对环境或人体做出反应的能力。 在一项新研究中,研究人员尝试在晶体管中使用蚕丝。"这项研究的资深作者、马萨诸塞州梅德福塔夫茨大学应用物理学家Fiorenzo O
    的头像 发表于 01-22 19:47 264次阅读

    Versal自适应SoC系统集成和 确认方法指南

    电子发烧友网站提供《Versal自适应SoC系统集成和 确认方法指南.pdf》资料免费下载
    发表于 01-03 10:48 0次下载
    Versal<b class='flag-5'>自适应</b>SoC系统集成和 确认方法指南