Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям
Бионические и самособирающиеся материалы
жүктеу/скачать 12,63 Mb. Pdf көрінісі
|
Nanomateriali i nanotehnologii bak
| 3.14.7. Бионические и самособирающиеся материалы
Оптимизация отдельного параметра биоматериала обычно включает точную регулировку особого признака структуры. Комбинация нескольких желательных свойств является вопросом контроля структуры и организации в различных размерных масштабах. Природные материалы являются иерархическими структурами, особенно в древесине, сухожилиях, хряще и 182 шелке и кости. Прочность кости обусловлена соединением органических и неорганических материалов (молекулы белка коллагена и кристалла минерала гидроксиапатита). Существуют определенные типы организации в первичной структуре спиралей коллагена , в расположении кристаллов вдоль фибрилл в масштабе 100 нм и расположение пластинок остеона в субмиллиметровом масштабе и макропористости основного вещества. См.рис. 3.46. Рис. 3.46. Иерархическая структура кости включает не менее четырех порядков величины в размерном масштабе. [8] Близким к идее иерархии является использование модульности структуры - создание материалов путем сборки одинаковых мелких единиц (древесина). Главный мотив природных конструкционных материалов – ориентационный контроль роста волокон. Перламутр - слоистая структура из минеральных и белковых пластинок. Основной механизм прочности связан с наличием прослоек между минеральными пластинками. См. рис. 3.47. 183 Рис. 3.47. Керамический композит, состоящий из слоев карбида кремния, покрытых графитом. Эта микроструктура подобна перламутру. [8] Самосборка является гибким методом создания ультратонких органических пленок. Основным признаком самособирающихся химических систем является наличие информационной программы создания суперструктуры. Молекулы материала способны взаимодействовать с высокой направленностью в пространстве, что обеспечивает процесс самосборки в требуемую структуру. В настоящее время «программная» молекула ДНК используется как конструкция для синтеза материалов. Важным моментом для химика – материаловеда является то, что информации по воспроизводству заключается в высокоспецифических внутримолекулярных взаимодействиях, что обеспечивает сборку комплементарной ДНК и матричной РНК часть за частью по одной нити ДНК. Используя этот молекулярный механизм, были созданы синтетические нити ДНК в виде топологически сложных структур как многогранники, а также в виде крупных упорядоченных плоских совокупностей петель ДНК, напоминающих молекулярную кольчугу. На рис. 3.48 показана молекула в форме усеченного двадцатигранника, полученная путем программирования самосборки нитей ДНК. Рис. 3.48. Молекула в форме усеченного двадцатигранника, полученная программированием самосборки нитей ДНК. [8] Полезным приемом самосборки также является использование матриц. жүктеу/скачать 12,63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|