• РЕГИСТРАЦИЯ
Коронавирус. Последние новости

Бумага из пыльцы подсолнуха сымитировала раскрытие цветка магнолии

0 139

Имитация раскрытия бутона магнолии пыльцевыми бумажными лепестками

Ze Zhao / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Материаловеды сделали бумагу из пыльцы подсолнуха, которая за счет своей структуры может скручиваться в зависимости от влажности окружающей среды. С помощью этого эффекта они сделали искусственный цветок магнолии, который умеет раскрываться, а также самоходного биоробота. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Многие организмы подстраиваются под окружающие условия для выполнения своих биологических функций. Например, угол раскрытия сосновой шишки зависит от относительной влажности: в слишком влажных условиях шишка будет оставаться закрытой. Этот механизм работает из-за того, что белковые материалы, как шелк или коллаген, изменяют свою молекулярную конформацию в зависимости от влажности. На основе этого ученые создают искусственные мягкие приводы, которые могут изменять свои характеристики в зависимости от внешних условий. Ученые видят их применение в мягких роботах, искусственных мышцах, сенсорах и электрических генераторах. 

Умные приводы на основе графена или синтетических полимеров дороги, сложно контролируемы и плохо утилизируемы, а потому нужны более дешевые материалы из природных и возобновляемых ресурсов. И, хотя такие природные материалы, как агароза и целлюлоза, уже используются, их выделяют из сырья и обрабатывают со значительными энергетическими затратами. Более того, некоторые приводы, сконструированные из природных полимеров, показывают слабую ответную реакцию на изменение внешних условий, и обычно они не годятся для циклических процессов изменения механических характеристик.

Цзе Джао (Ze Zhao) со своими коллегами из Наньянского технологического университета создал подвижную бумагу из пыльцы подсолнуха, которая способна к цикличным и обратимым изменениям при изменении влажности. Они представили метод преобразования мягких микрогелей из пыльцы в гибкие и прозрачные плоские листы, в которых двигательная сила варьируется толщиной листа или условиями производства. 

Частицы пыльцы — природные микроконтейнеры, которые переносят генетический материал растения. Ученые давно их изучают благодаря практически неразрушимой структуре — пыльца должна сохранять свое содержимое при тяжелых неблагоприятных условиях. Пыльца состоит из двух слоев: жесткий спорополленин снаружи и мягкая целлюлоза внутри. Двойная связь эфирных и ацетальных групп способствует большой механической жесткости и химической инертности спорополленина. 

Верхняя и нижняя поверхности бумаги различаются зернистостью: верхняя - матовая, нижняя - глянцевая. Но бумага все равно прозрачная

Ze Zhao / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Материаловеды смогли получить из жестких частиц мягкие микрогелис помощью двухстадийного процесса мыловарения: обезжиренная пыльца подсолнуха нагревалась вместе с щелочью в течение двух часов, промывалась несколько раз свежей щелочью, затем снова нагревалась и промывалась деионизированной водой, а после этого разгонялась на центрифуге. Таким образом получался густой микрогель, из которого можно получить бумагу простым выпариванием воды. Из частицы пыльцы диаметром в 30 микрометров подобными преобразованиями при втором выщелачивании за 6 часов получается плоская частица с диаметром в 43 микрометра. При более длительной второй стадии выщелачивания частица теряет больше механической жесткости, что помогает ей набухать при гидратации и становиться более плоским при дегидратации. Бумага из пыльцы проявляет высокую гибкость и имеет две совершенно разные поверхности: матовый верх, выдерживаемый на воздухе, и глянцевый низ, получившийся из-за контакта с литейной формой во время испарения воды.

 

Схема скручивания и раскручивания бумаги в зависимости от влажности

Ze Zhao / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Сверху - схема передвижения листа бумаги, снизу - раскрытие лепестков из пыльцевой бумаги в форме цветка магнолии

Ze Zhao / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

 

Вода асимметрично встраивается в пространство между слоями пыльцевых частиц, которые выступают в качестве барьеров, и ослабляет водородные связи между ними. За счет этого она увеличивает размер нижней поверхности бумаги. Верхняя поверхность бумаги же не изменяет свой размер, а потому увеличение нижней поверхности ведет к скручиванию листа. Если прямой лист бумаги из пыльцы положить на поверхность воды, то он сначала быстро скрутится, а затем будет медленно выпрямляться из-за диффузии воды в верхний слой. А если положить такую бумагу на ладонь, то за счет пота она свернётся, и чтобы вернуть бумагу в первоначальный вид, нужно лишить её доступа к воде — например, положить её на ладонь в перчатке. Материаловеды положили лист бумаги из пыльцы на нейлоновую сетку над водяной баней и наблюдали за скручиванием и раскручиванием: чем больше время выдержки в щелочи, тем быстрее лист будет скручиваться. 

В качестве примеров применения ученые сделали лепестки из этой бумаги в форме цветка магнолии — при погружении в воду такой бутон раскрывался, как настоящий цветок.

Для подтверждения своей гипотезы, что специфическое движение можно получить за счет разной выдержки в щелочи отдельных частей листа, они сделали полоску бумаги, которая двигалась в одном направлении только лишь на процессах сорбции-десорбции воды.

 

Шагающая полоска бумаги из двух частей, выдержанных разное время в растворе щелочи

Ze Zhao / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

 

Все чаще ученые вдохновляются процессами живой природы. Три года назад немецкие ботаники изучили процесс раскрытия сосновой шишки и предложили использовать такие материалы для автоматических крыш, которые будут самостоятельно закрываться во время дождя. 

Артем Моськин

https://nplus1.ru/news/2020/04...

Всё, о чём не расскажет РЕН-ТВ

    "Черная война" в США: худшее еще впереди

    Наблюдая за горящими американскими городами, невозможно отделаться от ощущения, что мы видим, если угодно, мистическую расплату за действия США в других странах. Конечно, смерть черно...

    Есть контакт. В Арктике скоро будет тесно.

    Сегодня ночью российский газовоз «Кристоф-де-Маржери» с грузом СПГ прошёл Берингов пролив, преодолев Северный морской путь за 12 суток. Судно следует из порта Сабетта в китайский порт «...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Drozd 29 мая 21:30

      Карты Google проанализировали жесткость карантина в странах мира

      Карты Google проанализировали жесткость карантина в разных странах мира. В будущем исследователи смогут сопоставить эти данные и распространение коронавируса. Информации о России в выборке компании нет. Компания выпустила данные о перемещениях людей, которые они собрали с миллионов мобильных устройств, использующих их программное обеспечение (Android,...
      555
      Drozd 29 мая 20:23

      Биологи из России обнаружили у пресноводных рыб феномен отчаяния

      Биологи из Уральского федерального университета (УрФУ) обнаружили у пресноводных рыбок феномен отчаяния. В будущем это позволит быстрее отобрать лекарства против депрессии у людей, утверждает РИА «Новости».   Ученые проводили исследования на пресноводных рыбках зебраданио, которые, наряду с червем-нематодой, мухой дрозофилой, мышью...
      447
      Drozd 29 мая 20:06

      РНК-вакцину от коронавируса протестировали на мышах и обезьянах в США

      Группа американских ученых под руководством биологов из Университета Вашингтона успешно протестировала «саморазмножающуюся» РНК-вакцину от коронавирусной инфекции на организмах мышах и обезьян. Об этом пишет ТАСС.   За последние месяцы ученые из множества стран пытаются создать вакцину от коронавируса нового типа, который инфициров...
      154
      Drozd 29 мая 19:59

      Посмотрите на снимки самого глубоководного осьминога в истории наблюдений. Он живет на глубине в 7 тыс. метров!

      На дне Индийского океана обнаружили и сфотографировали глубоководного осьминога, который живет на глубине более 7 тыс. метров в районе впадины Ява. Это самый глубоководный осьминог в истории наблюдений, ранее ученые считали, что эти существа не могут жить на глубине более 5 км. Историю открытия рассказывает B-B-C.   Ученым из команды экспедици...
      2383
      Drozd 29 мая 19:43

      Все массовые вымирания в истории Земли связали с глобальным потеплением

      Второй всплеск ордовикско-силурийского вымирания произошел по причине глобального потепления: вулканическая активность привела к повышению температуры океана, его закислению и аноксии — снижению содержания растворенного кислорода. К таким выводам пришли ученые, изучив отложения в стратотипическом разрезе Добс-Линн. Согласно их&n...
      291
      Drozd 29 мая 19:35

      У стеклянных лягушек описали новый тип камуфляжа

      Стеклянная лягушка (Hyalinobatrachium sp.) Edwin Bellota / Flickr У тропических стеклянных лягушек обнаружили совершенно новый тип камуфляжа, который получил название краевой диффузии. Эти амфибии полупрозрачны, что позволяет им автоматически подстраивать свою яркость под фон. При этом более прозрачные лапы размывают края тела лягушек и позволяют им еще...
      172
      Drozd 29 мая 15:31

      Арктические ледяные щиты способны таять со скоростью 50 см в день

      Арктические ледяные щиты способны таять со скоростью 50 см в день — такая динамика наблюдалась в конце последнего ледникового периода. Это намного быстрее, чем сегодня — но не означает, что скорость таяние в ближайшее время не вырастет. Об этом говорится в исследовании ученых из Кембриджского университета, опубликованном в журнале Science . ...
      298
      Drozd 29 мая 15:29

      Изменения климата сделают деревья меньше и заставит умирать молодыми

      Изменения климата сделают деревья меньше и заставит умирать молодыми. К такому выводу пришли ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, работа которых опубликована в журнале Science.   Известно, что несколько факторов, прямо или косвенно связанных с деятельностью человека, привели к значительному сокращению площади лесов по всему ...
      370
      Drozd 29 мая 15:21

      Мальчики надеялись получить суперсилу от укусов черной вдовы и попали в больницу

      Превращение в человека-паука (точнее, сразу троих людей-пауков) пошло не по плану. Чёрные вдовы (Latrodectus) — род пауков из семейства тенётников (Theridiidae). Так называют и самок, и самцов, принадлежащих роду. Чёрных вдов легко узнать благодаря ярко-красной отметине у них на брюшке, чаще всего в форме песочных часов. У них чрезвычайно прочна...
      1155
      Drozd 28 мая 14:45

      В окрестностях Мехико нашли останки 60 мамонтов возрастом более 15 тыс. лет. Они вязли в болотах!

      В окрестностях Мехико обнаружили останки 60 мамонтов возрастом более 15 тыс. лет. Об этом говорится на сайте Национального института антропологии и истории Мексики.   Команда археологов под руководством Педро Франсиско Санчеса Навы обнаружила на территории старой военной базы к северу от Мехико останки 60 мамонтов Колумба, которые дожили до по...
      810
      Drozd 28 мая 14:38

      Морские организмы сместили ареалы к полюсам в шесть раз быстрее наземных

        Jonathan Lenoir et al. / Nature Ecology and Evolution, 2020 В ответ на глобальное потепление морские организмы мигрируют к полюсам в шесть раз быстрее, чем наземные. К такому выводу пришли исследователи в результате анализа данных о двенадцати тысячах видах бактерий, грибов, растений и животных. Их статья опубликована в журнале&nbs...
      417
      Drozd 28 мая 13:59

      Изменение климата сократило ареал летнего размножения мигрирующих видов птиц

      Численность популяции неотропических видов в Северной Америке, включая индиговых овсянковых кардиналов (Passerina cyanea), заметно сократилась в последние годы Clark Rushing Изменение климата сдвигает зоны летнего размножения североамериканских птиц, сообщается в исследовании в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. В то...
      145
      Drozd 28 мая 12:10

      Хищным динозаврам в верхней юре пришлось глодать кости родственников

      Палеонтологи обнаружили в карьере Майгатт-Мур, штат Колорадо, кости верхнеюрских хищных теропод аллозавров со следами представителей своего или близких видов на них, сообщается в PLoS ONE. Это позволяет впервые предположить, что аллозавры занимались каннибализмом. Вероятно, они обгладывали кости павших сородичей или даже охотились на&...
      266
      Drozd 28 мая 10:46

      Водяной клещ: опасен ли он для человека и в чём заключается его вред

      Большинство видов клещей несут опасность для человека и животных, поэтому к ним принято относиться с опаской. Однако клещи живут не только на суше, некоторые из них являются обитателями водной среды. Разберёмся, как распознать водяного клеща и опасен ли он для человека. Разновидности водяных клещей и места их обитания Иногда водяных клещей по ошибке относят ...
      700
      Drozd 28 мая 09:57

      Из полимера с памятью формы сделали движущиеся реснички

        Liu et al. / Advanced Materials Technologie, 2020 Ученые сделали искусственные движущиеся реснички, которые управляются магнитным полем и светом. Они держат форму при сгибании, но, в то же время, их можно заставить застыть во временном положении, из которого они по сигналу сами обратно вернутся в постоянную. В&n...
      143
      Drozd 27 мая 19:13

      16 крутых товаров, которые помогают нам оставлять после себя минимум мусора

      Все знают, что оборотная сторона развития технологий и массового потребления — пластиковое загрязнение и изменения климата, но не каждый готов стать ярым экоактивистом и протестовать с плакатом на площади. Это не означает, что мы бессильны сделать что-то для защиты планеты. Достаточно подходить разумно ...
      561
      Drozd 27 мая 17:28

      На Луне человеческая моча, возможно, будет цениться как золото

      Поскольку человечество стремится заселить Луну, будет необходимо найти способы быстро строить жилища и пополнять запасы воды. Как выясняется, эти проблемы жизни и смерти могут иметь весьма неожиданное решение с использованием внутренних ресурсов. Европейское космическое агентство (ЕКА) считает, что когда речь идет об удовлетворении основных потребностей поселен...
      341
      Drozd 26 мая 19:47

      Лифт с педалями

      Пандемия коронавируса диктует новые реалии во всем мире. Болезнь заставляет людей и целые компании переосмысливать свой подход к жизни и работе, изобретать новые способы вести повседневную жизнь, но уже с точки зрения защиты себя и окружающих от коварной инфекции. Сейчас мир переживает настоящий бум новшеств и необычных идей, связанных с обеспечением физической ди...
      494
      Drozd 26 мая 18:41

      Россия находится на пороге технологического доминирования

      Технологическая война, происходящая сейчас, сродни той ядерной гонке, которая началась в первой половине прошлого века. И победит в ней тот, кто первым сможет удовлетворить сумасшедший аппетит мира в прокачке и быстрой обработке всё больших объёмов данных. Не многие знают, но интернет родился из американской военной сети ARPANET образца 1967 года. И тем бол...
      2655
      Drozd 26 мая 16:28

      Новая украинская провокационная игра — помоги Гитлеру взять Москву

      Внутри игры целых полтора часа видеовставок, образующих полноценный фильм с Гитлером в главной роли. Цель игры прямо заявлена так - «во главе вооруженных сил Германии вам предстоит поставить на колени всю Европу». Ну и принять парад вермахта на Красной Площади. Сорвали сроки украинские товарищи, сорвали! А как хвастались: «Наше ключевое преиму...
      738
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика