Химики создали утолщающуюся при растяжении мономолекулярную пленку

Химики из Университета Калифорнии и Университета Пердью создали мономолекулярную белковую пленку, обладающую ауксетичностью — свойством, при котором растяжение в одном направлении приводит к растяжению материала еще и вдоль направления, перпендикулярного данному. К примеру, если взять полосу из такой пленки, и растянуть ее вдоль длинной стороны, то возрастет и ее ширина. Необычное поведение материала связано с его внутренней геометрией. Исследование опубликовано в журнале Nature, кратко о нем сообщает блог Королевского Химического Общества (Великобритания).

В качестве основы для материала авторы использовали белок RhuA — фермент-альдолазу, участвующий в метаболизме фруктозы. Химики встроили в белок фрагмент цистеина — аминокислоты, способной образовывать межмолекулярные дисульфидные мостики. Сам же материал получился в результате самосборки молекул белков. На первом этапе частицы фермента «слипались» в четверки, образуя тетрамеры. Затем тетрамеры связывались между собой благодаря цистеиновым фрагментам. В результате образовывался мономолекулярный слой, состоящий из белковых ячеек.

Ученые обнаружили, что тетрамеры, несмотря на прочные связи с соседями, способны слегка поворачиваться в двумерном слое. При этом в решетке возникают поры между соседями — увеличивается расстояние между тетрамерами и материал расширяется. Геометрия не позволяет порам возникать лишь вдоль одного направления, поэтому деформация белкового слоя вдоль одной из осей автоматически точно также деформирует его и в другом направлении. 

Это свойство называется ауксетичностью, а для того, чтобы описать его количественно ученые используют коэффициент Пуассона. Это величина показывает соотношение между деформациями вдоль двух направлений, перпендикулярных друг другу, взятое с обратным знаком. Для стали, к примеру, он равен 0,3, что означает, что растянув цилиндрическую деталь на два процента вдоль оси, ее радиус уменьшится на 0,6 процента. У нового материала, по словам авторов, этот коэффициент равен минус единице. Иными словами, во сколько раз полоска растянется, во столько же раз она станет шире. 

Ауксетичность распространена как среди полимерных материалов, так и в анизотропных кристаллах. Одним из примеров природных ауксетиков является минерал натролит, также содержащий мотив вращающихся квадратов (в белковом монослое их роль играют тетрамеры). Другой известный ауксетик — бумага.

Владимир Королёв