Новости

Aug 19, 2023

Гидратация твердых веществ

Природа (2023)Процитировать это

Природа (2023)Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Гигроскопичные биологические вещества в растениях, грибах и бактериях составляют значительную часть биомассы Земли1. Несмотря на метаболическую инертность, эти водоотталкивающие материалы обмениваются водой с окружающей средой и приводят в действие движение2,3,4,5 и послужили основой для их технологического использования6,7. Несмотря на разнообразие химического состава, гигроскопичные биологические материалы во многих сферах жизни демонстрируют схожее механическое поведение, включая изменения в размере и жесткости в зависимости от относительной влажности8,9,10,11,12,13. Здесь мы сообщаем об измерениях с помощью атомно-силовой микроскопии гигроскопических спор14,15 обычных почвенных бактерий и разрабатываем теорию, которая отражает наблюдаемое равновесное, неравновесное и водозависимое механическое поведение, обнаруживая, что оно контролируется силой гидратации16,17. 18. Наша теория, основанная на силе гидратации, объясняет чрезвычайное замедление переноса воды и успешно предсказывает сильную нелинейную эластичность и переход механических свойств, которые отличаются от стеклообразного и пороэластичного поведения. Эти результаты показывают, что вода не только придает биологическому веществу текучесть, но также может – посредством силы гидратации – контролировать макроскопические свойства и давать начало «твердому гидратному веществу» с необычными свойствами. Большая часть биологического вещества может принадлежать к этому отдельному классу твердого вещества.

Это предварительный просмотр контента подписки, доступ через ваше учреждение.

Доступ к журналу Nature и 54 другим журналам Nature Portfolio.

Приобретите Nature+, нашу выгодную подписку с онлайн-доступом.

29,99 долларов США / 30 дней

отменить в любое время

Подпишитесь на этот журнал

Получите 51 печатный выпуск и онлайн-доступ.

199,00 долларов США в год

всего $3,90 за выпуск

Возьмите напрокат или купите эту статью

Получите только эту статью до тех пор, пока она вам нужна

$39,95

Цены могут зависеть от местных налогов, которые рассчитываются во время оформления заказа.

Исходные данные для рис. 1a,d–f, 3a,b, 4a–i и 5b,c, а также рис. расширенных данных. 2, 4 и 5 прилагаются к статье. Необработанные данные для отклонений кантилевера (рис. 1c–f), высоты спор (рис. 1a и 3a,b), кривых сила-расстояние (рис. 4b–f) и измерений динамической жесткости (рис. 5c) доступны на figshare. (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22189823)58.

Коды MATLAB, используемые для обработки данных, подбора кривых и построения графиков, доступны на сайте figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22189823)58.

Бар-Он Ю.М., Филлипс Р. и Майло Р. Распределение биомассы на Земле. Учеб. Натл Акад. наук. США 115, 6506–6511 (2018).

Статья ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Доусон К., Винсент Дж.Ф.В. и Рокка А.-М. Как раскрываются сосновые шишки. Природа 390, 668–668 (1997).

Статья ADS CAS Google Scholar

Эльбаум Р., Зальцман Л., Бургерт И. и Фратцль П. Роль остей пшеницы в механизме распространения семян. Наука 316, 884–886 (2007).

Статья ADS CAS PubMed Google Scholar

Фратцл, П. и Барт, Ф.Г. Системы биоматериалов для механочувствительности и приведения в действие. Природа 462, 442–448 (2009).

Статья ADS CAS PubMed Google Scholar

Дюме Ж. и Фортер Ю. «Динамика овощей»: роль воды в движении растений. Анна. Преподобный Fluid Mech. 44, 453–478 (2012).

Статья ADS MathSciNet MATH Google Scholar

Бургерт И. и Фратцль П. Приводные системы растений как прототипы биоинспирированных устройств. Фил. Пер. Р. Сок. А 367, 1541–1557 (2009).

Статья ADS CAS PubMed Google Scholar

Чен, X. и др. Масштабирование наномасштабного преобразования энергии, основанной на воде, в двигатели и генераторы, работающие на испарении. Нат. Коммун. 6, 7346 (2015).