I ricercatori del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) studente laureato Kulisara Budpud, Assoc. Prof. Kosuke Okeyoshi, Dott. Maiko Okajima e, Il prof. Tatsuo Kaneko ha rivelato una fibra polisaccaridica unica in una struttura attorcigliata che si forma durante un processo di essiccazione che ha mostrato un comportamento primaverile. Il comportamento a molla delle strutture attorcigliate è praticamente utilizzato come struttura rinforzata in un film sensibile al vapore con tempi di risposta dell'ordine di millisecondi. Questo lavoro è pubblicato in Piccolo in un articolo intitolato "Materiali sensibili al vapore da fibre di polisaccaridi con microstrutture intrecciate autoassemblanti".

I polisaccaridi svolgono una varietà di ruoli in natura, compreso il riconoscimento molecolare e la ritenzione idrica. Ancora, vi è una mancanza di studio per le strutture in microscala in vitro dei polisaccaridi a causa delle difficoltà nella regolazione delle strutture autoassemblate. Se le strutture autoassemblate di questi polisaccaridi naturali possono essere ricostruite in vitro, porterà non solo ad una maggiore comprensione dei cambiamenti morfologici coinvolti nell'autoassemblaggio dei polisaccaridi in acqua, ma anche allo sviluppo di una nuova classe di materiali bio-ispirati, che esibiscono strutture regolate su scala nanometrica.

In questa ricerca, è dimostrato che un polisaccaride cianobatterico denominato sacran, possono gerarchicamente autoassemblarsi come fibre intrecciate da nanoscala a microscala con diametri di> 1 μm e lunghezze> 800 micron. questo è notevolmente più grande dei polisaccaridi precedentemente riportati. A differenza di altri polisaccaridi fibrillari rigidi come la cellulosa, la fibra sacra è in grado di trasformarsi in modo flessibile in un serpente bidimensionale e in strutture contorte tridimensionali in corrispondenza di un'interfaccia evaporativa aria-acqua. Questa fibra sacrale attorcigliata si comporta come una molla meccanica in un ambiente umido.

L'ottimizzazione delle condizioni della struttura ritorta viene eseguita controllando le velocità di asciugatura. In realtà, la velocità di essiccazione e la forza capillare sono i fattori dominanti nella creazione di queste formazioni. Per mostrare il potenziale uso di questa fibra polisaccaridica a molla, viene preparato un film di polisaccaride reticolato come materiale sensibile al vapore e vengono dimostrati gli effetti del comportamento primaverile della microfibra in un ambiente con gradiente di umidità. Il film è passato in modo reversibile e rapido da uno stato piatto a uno piegato entro 300-800 ms. Questo movimento repulsivo mostrato dal film è causato dalle strutture serpeggianti e attorcigliate delle fibre che rispondono al cambiamento di umidità. Il film sacro mostra una risposta rapida alla caduta della goccia d'acqua, passando dallo stato piegato allo stato piatto. Poiché le fibre sacrali estese hanno uno stress di estensione come una molla, la rete potrebbe rilasciare rapidamente l'acqua restringendosi. Di conseguenza, il film piegato si appiattisce immediatamente. Così, la rete in fibra serpeggiante e attorcigliata consente risposte di flessione e allungamento in millisecondi ai cambiamenti di umidità locale.

Da questo semplice metodo, I ricercatori di JAIST potrebbero creare micro-molle uniche da un polisaccaride naturale che è praticamente usato come materiale sensibile al vapore. Introducendo molecole funzionali nella microfibra, sarebbe possibile preparare una varietà di attuatori morbidi che rispondano ad altri cambiamenti nell'ambiente esterno, come la luce, pH, e temperatura. Il metodo per la preparazione dei sensori di vapore sviluppato da questo studio non solo migliora la comprensione di come il movimento delle strutture autoassemblate risponde agli stimoli, ma contribuisce anche alla progettazione di materiali adattabili all'ambiente con un alto potenziale per un uso sostenibile.