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在工程鱿鱼基生物材料中发现的热转换

图表显示材料潮湿然后干燥时的导热循环。

用于获得最佳光学和电学性能的调谐材料正变得司空见惯。现在,研究人员和制造商可以通过使用由多个DNA重复序列制成的鱿鱼启发蛋白来调整材料的导热性。

“控制现代技术中的热传输 - 制冷,数据存储,电子或纺织品 - 是一个尚未解决的问题,”宾夕法尼亚州先进光纤技术研究中心工程科学与机械教授兼主任Melik Demirel说。“例如,大多数标准塑料材料具有非常低的导热性,它们是热绝缘体。我们正在研究的这些基于鱿鱼的生物材料在环境湿度下具有低导电率,但它们可以设计成使其导热率显着增加“。

在这种情况下,增加取决于蛋白质中串联重复的数量,并且可以是传统塑料中增加的4.5倍。串联重复是在自然界中发现的重复DNA串,在这种情况下,在鱿鱼环牙齿中。

研究人员说,这种生物蛋白薄膜的一个潜在用途可能是作为织物涂层,尤其是运动服。该材料在日常使用中可以非常舒适和舒适,但是当实际用于重度活动时,穿着者产生的汗液可以“翻转”热开关并允许织物从穿着者的身体移除热量。

Demirel和他的团队设计了合成蛋白质,这些蛋白质在串联重复序列上形成图案。他们能够选择他们想要的重复次数,并研究各种蛋白质在这种情况下对水分的反应。

“在环境条件下 - 湿度小于35% - 这些蛋白质薄膜的导热系数不依赖于重复单位或分子量,并表现出与无序聚合物和水不溶性蛋白质相似的导热性,”研究人员今天报道( 8月13日在自然纳米技术。

然而,当薄膜被设计成具有更高的分子拓扑结构时,导热性在它们变得更湿润时,通过高湿度,水或汗液跳跃。与弗吉尼亚大学的团队和NIST合作,研究人员发现,随着串联重复数量的增加,导热系数也会增加。

“由于湿润时的导热系数与重复次数成线性关系,我们可以将热导率计算到材料中,”Demirel说。“因此,我们可以制造出类似于高性能设备的更好的热开关,稳压器和二极管,以解决现代技术中的问题,如制冷,数据存储,电子或纺织品。”

当材料恢复到正常环境湿度或更低时,开关关闭,蛋白质不再有效地传导热量。

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