Adaptive crystals could form basis for protective material / Cristalli adattivi potrebbero costituire la base per lo sviluppo di  materiale protettivo

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

Researchers at the University of California San Diego have created an ‘adaptive protein crystal’ with properties that could be useful for fabricating protective materials such as body armour.

When stretched in a particular direction, the material becomes thicker in the perpendicular direction instead of getting thinner. Materials with this property are known as auxetic, and the behaviour is a result of the way the internal structure deforms when force is applied on one axis. Typically, the structures have high energy absorption and shatter resistance, making them useful in impact applications such as protective clothing, the soles of running shoes, and packing material.

According to the researchers, this is the first time an auxetic material has been created at the molecular level through design. To do so, they created a sheet-like crystal made of RhuA proteins connected in a regular, repeating tile pattern. Details of the work can be found online in the journal Nature.

“We found a way to create strong, flexible, reversible bonds to connect the protein tiles at their corners,” said research lead Akif Tezcan, a professor of chemistry and biochemistry at UC San Diego.

The flexibility allows the tiles to rotate to open spaces for a porous material or to close up in a kind of adaptable sieve. Stretching or compressing the material in one direction causes the connected protein tiles to rotate in unison, resulting in a corresponding expansion or contraction in the opposite direction.

Due to the material’s minimalistic design strategy, the crystals form naturally under the right chemical conditions, with almost no tiles missing or ajar. According to Tezcan, the discovery opens up a range of possibilities for new auxetic applications, as well as opportunities to study the mechanics of self-assembling structures.

“These materials are very easy to make, yet provide many new research directions both in terms of materials applications and understanding the fundamental principles of nanoscale self-assembly,” he said.

ITALIANO

I ricercatori della University of California di San Diego hanno creato un 'cristallo proteina adaptive' con proprietà che potrebbero essere utili per la fabbricazione di materiali protettivi quali giubbotti antiproiettile.

Quando allungato in una direzione particolare, il materiale diventa più spessa nella direzione perpendicolare invece di diventare più sottile. Materiali con questa struttura sono noti come auxetic, e il comportamento è il risultato del modo in cui la struttura interna deforma quando si applica una forza su un asse. In genere, le strutture hanno un alto assorbimento di energia e aumentano la resistenza, che li rende utile in applicazioni di impatto come l'abbigliamento protettivo, le suole delle scarpe da corsa, e il materiale di imballaggio.

Secondo i ricercatori, questa è la prima volta un materiale auxetic è stato creato a livello molecolare attraverso la progettazione. Per farlo, hanno creato un cristallo foglio-come fatto di proteine ​​RhuA collegati in modo regolare, ripetendo un modello di piastrelle. I

"Abbiamo trovato un modo per creare forti, legami reversibili flessibili per collegare le piastrelle di proteine ​​agli angoli", ha detto il ricercatore capo Akif Tezcan, un professore di chimica e biochimica presso la UC di San Diego.

La flessibilità permette alle piastrelle di ruotare per aprire spazi per un materiale poroso o di chiuderle in modo adattabile. Lo stiramento o la compressione del il materiale in una direzione provoca che le piastrelle di proteine ​​collegate ruotano all'unisono, causando una corrispondente espansione o contrazione nella direzione opposta.

Grazie alla strategia di progettazione minimalista del materiale, i cristalli si formano naturalmente sotto le condizioni chimiche giuste, con quasi senza parti mancanti o socchiusa. Secondo Tezcan, la scoperta apre un ventaglio di possibilità per nuove applicazioni auxetic, così come le opportunità per studiare la meccanica delle strutture auto-assemblaggio.

"Questi materiali sono molto facili da fare, ma offrono molte nuove direzioni di ricerca sia in termini di applicazioni di materiali e la comprensione dei principi fondamentali della nanoscala auto-assemblaggio", ha detto.

Da: 

http://www.theengineer.co.uk/adaptive-crystals-could-form-basis-for-protective-material/?cmpid=tenews_2258485