La natura ha inspirat la gent a preparar diverses estructures biòniques. L'excel·lent resistència i duresa de la seda d'aranya natural es deu principalment a la seva estructura jeràrquica especial, com ara punts de reticulació de fulles β, nanomòduls espirals amb cadenes moleculars altament disposades i beines rígides i nuclis tous. Molts investigadors han simulat aquestes propietats per aconseguir millors propietats de les fibres artificials. Tanmateix, segueix sent un repte utilitzar hàbilment el procés de filatura i adonar-se simultàniament d'aquestes característiques jeràrquiques.

Zun-feng liu recentment, universitat de nankai, universitat farmacèutica de la Xina Zhou Xiang mei-fang zhu amb l'equip d'investigació de la universitat de donghua inspirat en l'estructura de proteïnes de seda d'aranya, la preparació d'una mena de nanogel de reticulació soluble, filatura de seda d'aranya similar i l'estructura jeràrquica de fibra reticulada, ja que els materials de fibra de filatura directa amb alta resistència i alta tenacitat ofereixen una nova estratègia.

Els flocs β de les proteïnes de seda d'aranya actuen com a punts d'enllaç i les seves xarxes d'enllaç es troben dins de proteïnes globulars nanomètriques. Com a resultat, les proteïnes de la seda d'aranya són solubles i es poden filar directament en fibres en capes mitjançant l'autoassemblatge. Inspirats en l'estructura i el procés de filatura de la seda d'aranya, els investigadors van preparar nanogels solubles amb una xarxa d'encreuament interna. Es van preparar nanogels adequats per a diferents monòmers controlant la concentració d'agent de reticulació en el procés de polimerització de radicals lliures. Quan el contingut d'agent de reticulació augmenta del 0.15% a l'1.05%, el diàmetre i la quantitat d'agregació de macromolècules de nanogel augmenten gradualment.

Per investigar la relació entre la capacitat de gir de tracció del nanogel i la seva mida de partícula, els investigadors van fer girar les fibres en un provador mecànic fins que les fibres es van trencar mentre mesuraven l'estrès mecànic. El model teòric prediu que l'estrès crític és inversament proporcional a l'arrel quadrada del radi de les nanopartícules.

Per tal d'investigar més si la mida i la disposició dels nanocomponents es poden ajustar afegint partícules nucleants per millorar les propietats mecàniques de les fibres, els investigadors van preparar el complex de nanotubs de carboni de paret única / polidopamina (SWNT-PDA) i van sintetitzar el nanogel. amb un agent de reticulació del 0.15% en presència de SWNt-PDA. Es va estudiar la influència de les partícules nucleants en l'estructura i les propietats de les fibres de nanogel. Els resultats mostren que amb l'augment del contingut de SWnT-PDA, la resistència a la fractura, la tensió de fractura i la duresa de les fibres de nanogel mostren una tendència creixent, i els nanocomponents es disposen de manera més ordenada i el diàmetre mitjà disminueix.

Mitjançant l'estirament previ, la disposició de la cadena molecular augmenta significativament i es redueix el diàmetre mitjà de la fibra. Per a fibres amb un 50% de deformació de pretensió, l'evolució estructural millora significativament la resistència mecànica i redueix l'allargament a la ruptura. Després d'una optimització addicional de la torsió, finalment s'aconsegueix la combinació de resistència a la ruptura de fibra d'1.27 gpa i duresa de 383 MJ / m3, que és molt propera al valor de rendiment de la seda d'aranya natural.

El treball relacionat es va publicar a Advanced Materials amb el títol "Nanogel similar a proteïnes per a la filatura de seda d'aranya artificial estructurada jeràrquicament".