尽管玻璃具有无序的类液体结构,但它表现出类固体的机械性能。玻璃质材料的形成是通过玻璃化来进行的,防止结晶并促进无定形结构。玻璃由于其独特的光学、化学和机械性能以及耐用性、多功能性和环境可持续性,在材料科学的各个领域都是基础。然而,在不影响玻璃材料性能的情况下对其进行工程设计是一项挑战。
来自以色列特拉维夫大学生命科学系Ehud Gazit教授报道了一种超分子无定形玻璃的发现,它是由短芳香族三肽YYY通过与结构水的非共价交联引发的自发自组织形成的。这个系统独特地结合了经常相互矛盾的属性集;它是高度刚性的,但可以在室温下进行完全的自修复。这种超分子玻璃是一种非常强的粘合剂,它在从可见光到中红外的宽光谱范围内是透明的。在由天然氨基酸组成的简单生物有机肽玻璃中观察到了这一特殊特性,这提供了一种多功能材料,可用于科学和工程中的各种应用。相关研究成果以“A self-healing multispectral transparent adhesivepeptideglass”为题在Nature上发表。
研究人员发现酪氨酸三肽(YYY)在水中的溶解度异常高,并通过水溶液的蒸发自发组装成无定形刚性玻璃,尽管酪氨酸具有芳香性、溶解性差和结晶倾向高,尽管Y/YY/YYYY形成了具有定义结晶模式的晶体,YYY的非晶组装体显示出类似于硅酸盐玻璃的玻璃状外观,并表现出两个基本的玻璃特性。首先,它显示出非晶态组织,其次,如差示扫描量热法(DSC)热谱图测量所示,它在37°C下表现出与时间相关的玻璃化转变,表明组装的YYY在室温下是固体玻璃相(图1c),与用于制备玻璃的初始浓度无关。该肽与不同底物的相互作用显示了另一种自修复机制。尽管YYY强烈粘附于亲水性表面,但它被疏水性表面排斥,并且一旦脱水,就可以很容易地作为完整的固体分离(图4c)。在疏水性底物施加的持续机械应力下,肽玻璃表现出蠕变行为。通过由顶部疏水性基质(如聚二甲基硅氧烷(PDMS))的外部负载激活的蠕变机制,肽玻璃可以自愈合金字塔压痕,以获得均匀平坦的表面,而没有任何压痕图案的标记。由于水在结构中的关键作用,这种特殊的肽玻璃从基本肽科学的角度来看是迷人的。此外,其坚固的机械性能和自修复能力对材料工程尤其有利。其广泛的透明度以及折射率匹配对光学和电光制造的应用非常有用。它可以用作多层光学的粘合剂、光学浸渍胶,也可以使用自下而上的方法轻松制造光学透镜。所有这些特性都证明了YYY肽基玻璃非凡的多功能性。