Foto Tel Aviv University
Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv (TAU) hebben een nieuw type glas gecreëerd met unieke en zelfs tegenstrijdige eigenschappen, zoals een sterke kleefkracht (plakkerig) en tegelijkertijd ongelooflijk transparant.
Het glas, dat zich spontaan vormt wanneer het in contact komt met water bij kamertemperatuur, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in een reeks verschillende en diverse industrieën, zoals optica en elektro-optica, satellietcommunicatie, teledetectie en biogeneeskunde.
Het glas werd ontdekt door een team van onderzoekers uit Israël en de wereld, onder leiding van promovendus Gal Finkelstein-Zuta en prof. Ehud Gazit van de Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research van de Faculteit der Levenswetenschappen en het Departement Materiaalwetenschappen en Engineering aan de Faculteit Ingenieurswetenschappen van TAU. De resultaten van het onderzoek zijn vorige week gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Nature.
“In ons laboratorium bestuderen we bio-convergentie en gebruiken we specifiek de prachtige eigenschappen van de biologie om innovatieve materialen te produceren”, legt prof. Gazit uit. “We bestuderen onder meer sequenties van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Aminozuren en peptiden hebben de natuurlijke neiging om zich met elkaar te verbinden en geordende structuren te vormen met een gedefinieerde periodieke rangschikking, maar tijdens het onderzoek ontdekten we een uniek peptide dat zich anders gedraagt dan alles wat we weten: het vormde geen geordend patroon, maar een amorfe, ongeordende, die glas beschrijft.”
Op moleculair niveau is glas een vloeistofachtige substantie zonder orde in de moleculaire structuur, maar de mechanische eigenschappen zijn vast. Glas wordt meestal vervaardigd door gesmolten materialen snel af te koelen en ze in deze staat te ‘bevriezen’ voordat ze kunnen kristalliseren, wat resulteert in een amorfe staat die unieke optische, chemische en mechanische eigenschappen mogelijk maakt – naast duurzaamheid, veelzijdigheid en duurzaamheid. De onderzoekers van TAU ontdekten dat het aromatische peptide, dat bestaat uit een drie-tyrosinesequentie (YYY), bij kamertemperatuur spontaan een moleculair glas vormt bij verdamping van een waterige oplossing.
“Het commerciële glas dat we allemaal kennen, wordt gemaakt door de snelle afkoeling van gesmolten materialen, een proces dat vitrificatie wordt genoemd”, zegt Gal Finkelstein-Zuta. “De amorfe, vloeistofachtige organisatie moet worden gefixeerd voordat deze op een energie-efficiëntere manier wordt gerangschikt, zoals in kristallen, en daarvoor is energie nodig – deze moet tot hoge temperaturen worden verwarmd en onmiddellijk worden afgekoeld. Aan de andere kant vormt het glas dat we ontdekten, dat is gemaakt van biologische bouwstenen, spontaan bij kamertemperatuur, zonder dat er energie zoals hoge hitte of druk nodig is. Los gewoon een poeder op in water – net als bij het maken van kool-aid, en het glas zal zich vormen. Van ons nieuwe glas hebben we bijvoorbeeld lenzen gemaakt. In plaats van een langdurig proces van slijpen en polijsten te ondergaan, druppelden we eenvoudigweg een druppel op een oppervlak, waar we de kromming – en dus de focus – konden controleren door alleen het volume van de oplossing aan te passen.”
De eigenschappen van het innovatieve glas van TAU zijn uniek in de wereld – en spreken elkaar zelfs tegen: het is heel hard, maar kan zichzelf herstellen bij kamertemperatuur; Het is een sterke lijm en tegelijkertijd transparant in een breed spectraal bereik, variërend van het zichtbare licht tot het midden-infraroodbereik.
“Dit is de eerste keer dat iemand erin is geslaagd moleculair glas te maken onder eenvoudige omstandigheden”, zegt prof. Gazit, “maar niet minder belangrijk dan dat zijn de eigenschappen van het glas dat we hebben gemaakt. Het is een heel bijzonder glas. Het is enerzijds heel sterk en anderzijds heel transparant – veel transparanter dan gewoon glas. Het normale silicaatglas dat we allemaal kennen is transparant in het zichtbare lichtbereik, het moleculaire glas dat we hebben gemaakt is transparant tot diep in het infraroodbereik. Dit heeft vele toepassingen op gebieden zoals satellieten, teledetectie, communicatie en optica. Het is ook een sterke lijm, het kan verschillende soorten glas aan elkaar lijmen en tegelijkertijd de scheuren repareren die erin ontstaan. Het is een reeks eigenschappen die in geen enkel glas ter wereld bestaat, en die een groot potentieel heeft in wetenschap en techniek, en we hebben dit allemaal verkregen uit één enkel peptide: één klein stukje eiwit."
Comments