科学家将超级坚韧的花粉转化为柔性材料

时间:2020-04-22 17:16 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家将超级坚韧的花粉转化为柔性材料

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家们找到了一种方法,可以把植物王国里最坚硬的材料之一——花粉变成一种柔软而有弹性的材料,有可能成为设计新型环保材料的“建筑材料”。

研究结果发表在今天的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上,展示了他们如何使用一种类似于传统肥皂制造的简单化学过程,将向日葵和其他类型植物的花粉粒转变成能对各种刺激做出反应的软微凝胶颗粒。

他们认为,再加上3d和4d打印技术的进步,最终产生的以花粉为基础的粒子可能有一天会被制成一系列不同的形式,包括聚合物凝胶、纸和海绵。

本文通讯作者为新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院助理教授宋朱哈、材料科学与工程学院教授赵南俊及教授苏伯拉·苏雷什。

南洋理工大学著名教授、南洋理工大学校长苏博拉·苏雷什说:“我们南洋理工大学的研究团队已经将硬花粉颗粒转化成超出其自然性能极限的软微凝胶颗粒,这些颗粒在外界刺激下会改变其特性。”这为环境可持续、经济实惠、可扩展的广泛应用带来了希望。”

迄今为止的研究结果还表明,这种以花粉为基础的微凝胶颗粒的生物相容性——即当它暴露于人体组织时不会引起免疫、过敏或毒性反应——也使它有可能适用于伤口敷料、假肢和植入电子产品等应用。

新加坡材料研究学会材料科学与工程讲座教授Cho Nam-Joon说:“我们的实验和计算结果给洞察花粉的基本生物学机制,并演示如何改变花粉壁的结构可以使花粉颗粒swell-much形状转换时产生的生物过程,如harmomegathy(折叠的花粉粒,以防止水损失)和萌发。研究结果还表明,我们可以超越自然本身所能达到的性能极限。”

花粉被科学家们称为植物界的钻石,因为它具有坚不可摧的特性。花粉将植物的雄性遗传物质包裹并运输到一个由两个机械上截然不同的层组成的细胞壁结构中——一个是坚韧的外层(外皮),另一个是柔软而有弹性的纤维素内层(内层)。

当花粉从花的雄性生殖部分释放出来时,花粉粒就会脱水,个别花粉粒就会折叠起来。相反地,当这些颗粒到达植物的雌性生殖结构时,它们变得湿润并发芽,花粉管从颗粒中向雌性部分生长。

花粉管的生长过程是由花粉壁结构内的酶控制的,它改变了花粉壁的弹性,导致结构的改变。这些过程,导致了花粉壁的结构变化,激发了南洋理工大学的团队尝试重新塑造花粉的整个壁结构,改变其材料属性,使用一个类似于传统肥皂制造的过程。

从向日葵植株上取下的花粉粒,去除其粘稠的油基“花粉胶结层”,在碱性条件下培养长达12小时。这软化了花粉壁的两部分,花粉颗粒膨胀,变得更像凝胶。谷物培养的时间越长,得到的材料就越像凝胶。

科学家将超级坚韧的花粉转化为柔性材料

在计算机模拟中,研究小组还发现,外部和内部的弹性壁层需要一个精确的范围之内pollen-derived材料表现出这种凝胶状的行为,这表明对于单个花粉粒子,有化学和物理通路决定水化导致成功发芽。

南洋理工大学助理教授宋菊哈说:“我们的研究启发未来的研究,了解花粉的材料科学可能如何影响植物的繁殖成功。”

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