"Collective osmotic shock in ordered materials". P. Zavala-Rivera, K. Channon, V. Nguyen, E. Sivaniah, D. Kabra, R. H. Friend, S. K. Nataraj, S. A. Al-Muhtaseb, A. Hexemer, M. E. Calvo, H. Miguez. Nature Materials. IN PRESS. doi: 10.1038/NMAT3179
Osmotic shock in a vesicle or cell is the stress build-up and subsequent
rupture of the phospholipid membrane that occurs when a relatively high
concentration of salt is unable to cross the membrane and instead an
inflow of water
alleviates the salt concentration gradient. This is a well-known
failure mechanism for cells and vesicles (for example, hypotonic shock)
and metal alloys (for example, hydrogen embrittlement).
We propose the concept of collective osmotic shock, whereby a
coordinated explosive fracture resulting from multiplexing the singular
effects of osmotic shock at discrete sites within an ordered material
results in regular bicontinuous structures. The concept is demonstrated
here using self-assembled block copolymer micelles, yet it is applicable
to organized heterogeneous materials where a minority component can be
selectively degraded and solvated whilst ensconced in a matrix capable
of plastic deformation. We discuss the application of these
self-supported, perforated multilayer materials in photonics,
nanofiltration and optoelectronics.
El choque osmótico en una vesícula o en una célula es la tensión acumulada y la ruptura subsecuente de la membrana de fosfolípidos, que ocurre cuando una concentración relativamente alta de sal es incapaz de atravesar la membrana, y en vez de ello un flujo entrante de agua compensa el gradiente de concentración salina. Este es un mecanismo de daño bien conocido para células y vesículas (por ejemplo, el choque hipotónico) y para aleaciones metálicas (por ejemplo, resquebrajamiento con hidrógeno). Proponemos el concepto de choque osmótico colectivo, por medio del cual resulta una fractura explosiva coordinada, proveniente de la suma de los efectos individuales del choque osmótico en sitios discretos dentro de un material ordenado, que da lugar a la formación de estructuras bicontinuas regulares. Aquí demostramos el concepto usando micelas de copolímeros de bloque autoensamblados, pero también es aplicable a materiales heterogéneos organizados, donde un componente minoritario puede ser degradado de manera selectiva y disuelto mientras se acomoda en una matriz susceptible de deformación plástica. Discutimos la aplicación en fotónica, nanofiltrado y optoelectrónica de estos materiales multicapas, perforados y autoelaborados.
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