Вчені розробили новий тип скла з унікальними і навіть суперечливими властивостями

Дослідники Тель-Авівського університету створили унікальне скло, яке одночасно є ефективним клеєм і дуже прозорим. Це самовільне скло може суттєво вплинути на численні високотехнологічні галузі. Дослідники з Тель-Авівського університету (TAU) створили новий тип скла з унікальними і навіть суперечливими властивостями, такими як міцний клей (липке) і водночас неймовірно прозоре. Скло, яке спонтанно утворюється під час контакту з водою кімнатної температури, може спричинити революцію в низці різноманітних галузей, таких як оптика та електрооптика, супутниковий зв’язок, дистанційне зондування та біомедицина.

Скло було виявлено групою дослідників з Ізраїлю та світу на чолі з аспірантом Галом Фінкельштейном-Зутою та професором Ехудом Газітом зі Школи біомедицини та дослідження раку Шмуніса на факультеті наук про життя та кафедри матеріалознавства та Інженерія на інженерному факультеті ТАУ. Результати дослідження були нещодавно опубліковані в престижному науковому журналі Nature.

Процес і властивості нового скла

«У нашій лабораторії ми вивчаємо біоконвергенцію та використовуємо чудові властивості біології для виробництва інноваційних матеріалів», — пояснює професор Газіт. «Серед іншого, ми вивчаємо послідовності амінокислот, які є будівельними блоками білків. Амінокислоти та пептиди мають природну тенденцію з’єднуватися один з одним і утворювати впорядковані структури з певним періодичним розташуванням, але під час дослідження ми виявили унікальний пептид, який поводиться інакше, ніж усе, що ми знаємо: він не утворював жодного впорядкованого шаблону, а аморфний, невпорядкований, який описує скло».

На молекулярному рівні скло — це рідка речовина, у молекулярній структурі якої відсутній порядок, але його механічні властивості подібні до твердої речовини. Зазвичай скло виготовляють шляхом швидкого охолодження розплавлених матеріалів і «заморожування» їх у цьому стані перед тим, як вони кристалізуються, що призводить до аморфного стану, що забезпечує унікальні оптичні, хімічні та механічні властивості, а також довговічність, універсальність і довговічність. Дослідники з TAU виявили, що ароматичний пептид, який складається з послідовності трьох тирозинів (YYY), утворює молекулярне скло спонтанно, при випаровуванні водного розчину, в умовах кімнатної температури.

«Комерційне скло, яке ми всі знаємо, створюється швидким охолодженням розплавлених матеріалів, процесом, який називається вітрифікацією», — каже Гал Фінкельштейн-Зута. «Аморфну ​​рідинноподібну організацію слід зафіксувати перед тим, як вона влаштується більш енергоефективним способом, як у кристалах, і для цього потрібна енергія – її слід нагріти до високих температур і негайно охолодити. З іншого боку, скло, яке ми виявили, виготовлене з біологічних будівельних блоків, утворюється спонтанно при кімнатній температурі, без потреби в енергії, такій як висока температура або тиск. Просто розчиніть порошок у воді –, так само як приготувати охолоджуючий засіб, і утвориться скло. Наприклад, ми зробили лінзи з нашого нового скла. Замість того, щоб проходити тривалий процес шліфування та полірування, ми просто капнули краплю на поверхню, де ми контролювали її кривизну – і, отже, фокус – лише регулюючи об’єм розчину».

Властивості інноваційного скла від TAU унікальні у світі – і навіть суперечать одна одній: воно дуже тверде, але може самовідновлюватися при кімнатній температурі; Це міцний клей, і водночас він прозорий у широкому спектральному діапазоні, починаючи від видимого світла до середнього інфрачервоного діапазону.

Потенційний вплив і використання

«Це вперше комусь вдалося створити молекулярне скло за простих умов, — каже професор Газіт, — але не менш важливими за це є властивості створеного нами скла. Це дуже особливе скло. З одного боку, воно дуже міцне, а з іншого – дуже прозоре – набагато прозоріше звичайного скла. Звичайне силікатне скло, яке ми всі знаємо, прозоре у видимому діапазоні світла, молекулярне скло, яке ми створили, прозоре глибоко в інфрачервоному діапазоні. Це має багато застосувань у таких сферах, як супутники, дистанційне зондування, зв’язок і оптика. Це також міцний клей, він може склеювати різні скла, і водночас він може ремонтувати тріщини, які утворюються в ньому. Це набір властивостей, яких немає в жодному склі у світі, яке має великий потенціал у науці та техніці, і все це ми отримали з одного пептиду – одного маленького шматочка білка».