MRC: 微流控制備聚合物螺旋和超螺旋微纖維

2021-01-20 AdvancedScienceNews

在億萬年的進化過程中,大自然形成了各種巧妙而近乎完美的結構,並賦予了它們非凡的功能。螺旋結構便是其中之一,這些精美的功能性結構出現在許多不同的尺度和環境中。近年來,通過微通道內的流體的卷繩效應紡制螺旋微纖維的研究已取得了一系列的研究成果。然而,這些微通道內的螺旋狀微流體必須快速交聯固化/凝膠化以保持其螺旋形貓,因此大多局限於鈣離子-海藻酸鈉快速交聯體系,其實際應用受到了一定的限制。此外,基於微流控通道內流體的卷繩效應所得的螺旋微纖維的振幅主要取決於收集管的內部尺寸,因此一旦晶片裝置製作完成,就無法調整。另一方面,超螺旋結構是源自生物體中更高層次和更複雜的一種結構,是螺旋結構再次螺旋形摺疊產生,在實現組織功能中發揮關鍵作用。然而,關於超螺旋結構的製備卻鮮有報導。

近期,蘇州大學郭明雨教授課題組藉助簡單的單乳液毛細管微流控裝置,利用內外相流體間傳質導致的高粘度差、內相流體的快速固化和通道變寬所引起的內相流體摺疊間的協同作用,突破了微流控制備螺旋微纖維的原材料限制,實現了從親水性葡聚糖(Macromol. Rapid Commun. 2016, 37, 426−432)、羧化殼聚糖(CCS)和聚乙烯醇(PVA)到疏水性乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和兩親性聚氨酯脲(PUU3-12,Macromol. Rapid Commun. 2017, 38, 1700275)的螺旋和超螺旋微纖維的連續可控制備。

圖1(a)毛細管微流控裝置製備聚合物螺旋微纖維的示意圖;(b)聚合物的結構式;(c)PVA微流體/纖維在寬通道II 內的摺疊行為的數碼照片;(d)EVOH螺旋微纖維的掃描電鏡照片;(e)CCS 螺旋微纖維的三維雷射共聚焦顯微鏡照片;(f)PUU3-12 螺旋微纖維的數碼照片

如圖1 所示,分別以聚合物溶液為內相,以低分子量聚乙二醇或其水溶液為外相,將二者分別注入內外相通道中,聚合物溶液在收集管I 中形成直的噴射流,在進入較寬的收集管II 時會自動摺疊形成螺旋微纖維(圖1a)。所得螺旋微纖維的直徑(df)、振幅(A1)和波長(λ1)不僅可通過內外相流速精準調節,還可通過外相粘度來調控。收集到的纖維不僅在常壓下具有高的結構穩定性(圖1e, f),在高真空掃描電鏡實驗條件下(圖1d),仍可保持其螺旋形貌。

圖2(a)製備聚合物超螺旋微纖維的毛細管微流控裝置的示意圖;(b)EVOH 微流體/纖維在微通道內形成的噴射直流、螺旋、超螺旋結構的顯微照片;(c)CCS 超螺旋微纖維的三維雷射共聚焦顯微鏡照片;(d)PVA超螺旋微纖維的顯微鏡照片;(e)PUU3-12超螺旋微纖維的顯微鏡照片;(f)在固定Qin = 350 μL/h 條件下,隨外相流速增加製備的CCS 超螺旋微纖維在微通道內的摺疊行為照片;(g)在固定Qout = 9 mL/h 條件下,隨內相流速增加製備的CCS 超螺旋微的顯微鏡照片。(h-i)A2 和λ2 隨內外相流速變化的關係圖。

基於上述螺旋微纖維的形成機制,通過簡單地在圖1a所示裝置的末端連接一個更粗的收集管III(d3 = 1.4 mm, d2 = 1.0 mm,d1 = 0.6 mm),即可實現親水性CCS和PVA、疏水性EVOH和兩親性PUU3-1)的超螺旋微纖維的連續可控制備(圖2)。如圖2a所示,當收集管II 中的螺旋結構流體/纖維進入更寬的收集管III 時,螺旋結構會進一步自動摺疊形成超螺旋結構。所得超螺旋微纖維的波長和振幅同樣可以通過內外相流速精準調節。進一步證明了通道變寬和內外相傳質的協同作用在製備聚合物超螺旋微纖維方面同樣具有普適性和靈活性。

這些實驗結果為各類形貌可控的聚合物螺旋和超螺旋微纖維的製備和應用研究提供了一條簡便路徑,也為多層次有序的超結構材料的製備提供了一條新的途徑,將極大地豐富各種聚合物的三維微觀結構的構建。

相關結果發表在Macromolecular Rapid Communication (DOI:10.1002/marc.201900111)上,文章第一作者為蘇州大學碩士研究生楊慧麗,通訊作者為郭明雨教授。文章連結為https://doi.org/10.1002/marc.201900111, 或直接點擊左下角閱讀原文按鈕進行閱讀。



Wiley Advanced Science News官方微信平臺

如希望發表科研新聞或申請信息分享,請聯繫:ASNChina@wiley.com。

關注方式:微信右上角添加朋友—公眾號—搜索「AdvancedScienceNews」或下方長按識別二維碼。



相關焦點

  • 我國科學家製備出多尺度螺旋結構的導電材料/聚合物複合材料
    提高導體和傳感器的變形能力,保證其優異的電學性能,是該領域研究的重點問題。中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室柔性材料、結構與器件力學課題組與北京航空航天大學合作,設計並製備出具有多尺度螺旋結構、大變形能力以及高穩定性的導電材料(碳納米管CNTs)/聚合物(聚氨酯PU)複合材料。
  • 微流控晶片紡織螺旋纖維
    納米尺度的螺旋結構可以通過分子組裝等方式實現,宏觀彈簧等的螺旋結構則可以通過機械加工手段獲得。然而,在微米尺度製備這種複雜的螺旋形貌的材料仍然充滿挑戰。近日,東南大學生物醫學工程學院趙遠錦教授領導的研究小組提出了一種基於微流控晶片紡織仿生螺旋纖維的方法(如圖1)。
  • 多組分聚合誘導組裝AIE雙螺旋聚合物
    在手性α-醯氧基醯胺中聚合誘導的超分子相互作用的產生驅動了聚合物的組裝並改善了它們在各種溶劑中的穩定性。這種雙螺旋聚合物對金屬離子,溫度,pH和溶劑敏感,使上部結構和AIE效果可逆地可調。同時,光不穩定的α-醯氧基醯胺的氫鍵輔助環化在可見光照射下加速了螺旋聚合物的降解。
  • 天津大學《德國應化》:樹狀大分子形成超螺旋發出異常白光!
    背景介紹多層級的螺旋結構是指初級螺旋纏繞成更高階螺旋
  • 微流控設計研發:慣性微流控聚焦的應用
    單一的平衡位置是兩個相反的力,即迪恩旋轉力和牆升力之間平衡的結果。如果懸浮液包含不同尺寸的微粒,則經過足夠長的距離後,它將在螺旋微通道中分成幾條相同尺寸的微粒流。單個微粒流可通過適當設計的出口系統收集。慣性聚焦微流控儀器最突出的應用是細胞分選或細胞分離,這些儀器的核心是一個或幾個螺旋通道。使用少量樣品是他們最大的優勢,其次是高通量分析。
  • DNA和RNA是如何演化出美妙的螺旋結構?
    最近,喬治亞理工學院的一組研究人員在超分子聚合物的形成過程中,發現了一種全然自發的對稱性破缺——這對生物純手性的起源有著重大的啟示作用。他們認為,可能早在數十億年前,當構成RNA的那些化學物質偶然地旋轉成螺旋狀時,就出現了RNA的這種螺旋結構。
  • 一種帶反射腔的超寬帶阿基米德螺旋天線的分析與設計
    1引言一般情況下,天線的電性能取決於它的電尺寸,但有一類天線,它們的方向圖、增益、輸入阻抗等電特性參數在相當寬的頻率範圍內電特性變化不大,因此具有超寬帶特性。阿基米德螺旋天線便是典型的超寬頻帶天線之一,它具有寬頻帶、圓極化、尺寸小、效率高以及可以嵌裝等優點,作為飛彈中反輻射引信設備的引向天線,具有重要的作用。
  • 螺旋粉碎球
    螺旋粉碎球這款非常好的,非常簡單的休閒手遊,可以讓玩家在這裡暢享的不一樣的樂趣,還有豐富的關卡和無盡的遊戲模式,可以讓你在這裡盡情體驗超刺激的闖關內容,而且操作非常的簡單,動動手指就能夠給你帶來無限的樂趣,還能夠讓你輕鬆釋放自己的壓力!
  • 蛋白質的二級結構、超二級結構與模體(motif)
    蛋白質的二級結構是指肽鏈主鏈的空間走向(摺疊和盤繞方式),是有規則重複的構象。最常見的二級結構單元就是α-螺旋和β-摺疊,它們的各種組合決定了蛋白質的主體結構。β-轉角是一種小巧的二級結構單元,它使肽鏈形成大約180°的迴轉。
  • 《ACS Nano》:不止增強,納米纖維素在聚合物中的可控排列還能表現...
    通過不同的過程(如酸水解、機械處理、酶水解、氧化和離子液體處理等),研究者可以從植物、海洋動物和細菌中提取出形態各異的CNF。  CNF具有諸多優點:量大,可再生,可降解,可生物相容,密度低,長徑比高,超親水,結晶度高,含有豐富的表面基團,透明性高,熱膨脹係數低,熱穩定性好,良好的流變性和模量高。
  • 俞書宏院士:受「藕斷絲連」啟發纖維狀螺旋水凝膠細菌纖維素纖維
    中國有一句古老的諺語:「藕斷絲連」,這表明了纖維的獨特結構和機械性能。蓮花纖維的這種出色的韌性有利於蓮花抗倒伏和脫落,並與其規則的螺旋微觀結構有關。【科研摘要】最近,中國科學技術大學俞書宏院士團隊報告了一種仿生荷花纖維模擬螺旋結構水凝膠細菌纖維素纖維,具有高強度,高韌性,高拉伸性和能量耗散性,被稱為仿生水凝膠纖維(BHF)。
  • 一個令人心醉的謎題——DNA和RNA是如何演化出美妙的螺旋結構?
    最近,喬治亞理工學院的一組研究人員在超分子聚合物的形成過程中,發現了一種全然自發的對稱性破缺——這對生物純手性的起源有著重大的啟示作用。他們認為,可能早在數十億年前,當構成RNA的那些化學物質偶然地旋轉成螺旋狀時,就出現了RNA的這種螺旋結構。
  • 微流控技術的起源
    這就是微流控技術必將火起來的基礎。 微流控技術 微流控(microfluidics)是一種精確控制和操控微尺度流體, 以在微納米尺度空間中對流體進行操控為主要特徵的科學技術,具有將生物、化學等實驗室的基本功能諸如樣品製備、反應、分離和檢測等縮微到一個幾平方釐米晶片上的能力,其基本特徵和最大優勢是多種單元技術在整體可控的微小平臺上靈活組合、規模集成。
  • 螺旋焊管防腐平頂山市定做廠家產品輸送流速
    工作鋼管層:根據設計和客戶的要求一般選用無縫管(GB至螺旋焊管(GB至;SY/T至和直縫焊管(GB至。用管徑毫米,長度為米的管段,石油、天然氣和3PE防腐用3PE防腐鋼管的管接頭應有3PE防腐鋼管的品牌標誌。塗層與玻璃纖維布的複合應用可以提高防腐塗層的力學性能。螺旋鋼管主要用於自來水工程、石油化工、化工、電力工業、農業灌溉和城市建設。
  • 天然雙鏈DNA的構象大多是負性超螺旋
    研究發現具有轉錄活性的染色體區城對核酸酶DNase 1的敏感性增強.此區城含有一個或幾個DNase I超敏感位點,DNase I超敏感位點的存在是活性染色質的重要特徵,具有組織特異性,並同基因的表達密切相關。由於組蛋白人聚體的解離和維燒方式的改變,該段區城中的DNA序列暴路,腸溼受核酸麻的攻擊。除活躍表達的基因外,具有轉錄潛能但尚來開啟的基因同樣具有5'側靈區DNase超敏感位點。
  • 比特幣在「死亡螺旋」中「螺旋上升」?
    海怡原創| 行業深度分析文章(四)比特幣在「死亡螺旋」中「螺旋上升」?     國慶假期餘額耗盡後,回歸工作崗位即將面對排山倒海的工作量,當你踏入辦公室之時不知大家是否和我有一樣的感覺。     其次關於幣價到底是由挖礦成本和算力決定的麼?其實並不是,影響幣價的主要原因是供需關係。對於算力來說,當幣價上漲時,礦工的利潤增長,會購買更多的礦機,新礦機算力高,數量越多,導致比特幣總體算力上漲。
  • 聚氨酯保溫螺旋鋼管保定市實體廠家產品參數對照表
    聚氨酯保溫螺旋鋼管保定市實體廠家產品參數對照表   規範條件發布實施,是直埋保溫管行業加強事後監管弱化事前審批管理思路的具體體現,工業和在相關部門的支持和配合下,先行一步,客觀上,也對項目核准制產生了促進作用。
  • 雙螺旋背後的幽靈
    直接呈現在科學家眼前的,是一段以雙螺旋結構纏繞起來的DNA長鏈。基因,科學家傳統的理解是:把DNA長鏈分割成無數個片段,每一小段就是一個基因。那麼分割的依據是什麼呢?不同階段有不同看法。現代生命科學發展至今,基因像隱藏在DNA雙螺旋背後的幽靈,始終沒有揭下其神秘的面紗。科學界對基因概念的探索、分析和爭論也從未停息,並構成了現代生命科學發展的重要動力。
  • 無軸螺旋輸送機如何保養和維修
    目前,不鏽鋼螺旋輸送機新品面世,讓你處理汙泥更加便捷,螺旋輸送機的品種許多,型號不一樣,用處也不一樣,就前兩天有些客戶向咱們諮詢想了解一下螺旋輸送機,咱們梵晰環保設備廠在這裡為大家介紹一下lss32l螺旋輸送機是一箱一種適宜銀行促進螺旋用於,推移物料以幹注入隔熱的機械。