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Jun 21, 2023

Solidi di idratazione

Nature (2023)Cite this

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La materia biologica igroscopica nelle piante, nei funghi e nei batteri costituisce una grande frazione della biomassa terrestre1. Sebbene metabolicamente inerti, questi materiali sensibili all’acqua scambiano acqua con l’ambiente e attivano il movimento2,3,4,5 e hanno ispirato usi tecnologici6,7. Nonostante la varietà nella composizione chimica, i materiali biologici igroscopici in più regni della vita mostrano comportamenti meccanici simili, inclusi cambiamenti di dimensioni e rigidità con l’umidità relativa8,9,10,11,12,13. Qui riportiamo le misurazioni al microscopio a forza atomica sulle spore igroscopiche14,15 di un comune batterio del suolo e sviluppiamo una teoria che cattura l'equilibrio osservato, il non equilibrio e i comportamenti meccanici reattivi all'acqua, scoprendo che questi sono controllati dalla forza di idratazione16,17, 18. La nostra teoria basata sulla forza di idratazione spiega un estremo rallentamento del trasporto dell’acqua e prevede con successo una forte elasticità non lineare e una transizione nelle proprietà meccaniche che differisce dai comportamenti vetrosi e poroelastici. Questi risultati indicano che l'acqua non solo conferisce fluidità alla materia biologica ma può anche, attraverso la forza di idratazione, controllare le proprietà macroscopiche e dare origine a un "solido di idratazione" con proprietà insolite. Una grande frazione della materia biologica potrebbe appartenere a questa distinta classe di materia solida.

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Dati di origine per le Figg. 1a,d–f, 3a,b, 4a–i e 5b,c e dati estesi Figg. 2, 4 e 5 sono allegati al documento. I dati grezzi per le deflessioni del cantilever (Fig. 1c-f), l'altezza delle spore (Fig. 1a e 3a,b), le curve forza-distanza (Fig. 4b-f) e le misurazioni della rigidità dinamica (Fig. 5c) sono disponibili in figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22189823)58.

I codici MATLAB utilizzati per l'elaborazione dei dati, l'adattamento delle curve e il tracciamento sono disponibili in figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22189823)58.

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