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Aromatic Zipper Topology Dictates Water‐Responsive Actuation in Phenylalanine‐Based Crystals

苯丙氨酸 拓扑(电路) 控制重构 Crystal(编程语言) 氢键 材料科学 化学 结晶学 纳米技术 氨基酸 分子 有机化学 数学 生物化学 计算机科学 程序设计语言 嵌入式系统 组合数学
作者
Fahmeed K. Sheehan,Haozhen Wang,Darjan Podbevšek,Elma Naranjo,Janel Rivera‐Cancel,Cooper Moran,Rein V. Ulijn,Xi Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (27) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202207773
摘要

Abstract Water‐responsive (WR) materials that reversibly deform in response to relative humidity (RH) changes are gaining increasing interest for their potential in energy harvesting and soft robotics applications. Despite progress, there are significant gaps in the understanding of how supramolecular structure underpins the reconfiguration and performance of WR materials. Here, three crystals are compared based on the amino acid phenylalanine (F) that contain water channels and F packing domains that are either layered (F), continuously connected (phenylalanyl‐phenylalanine, FF), or isolated (histidyl‐tyrosyl‐phenylalanine, HYF). Hydration‐induced reconfiguration is analyzed through changes in hydrogen‐bond interactions and aromatic zipper topology. F crystals show the greatest WR deformation (WR energy density of 19.8 MJ m −3 ) followed by HYF (6.5 MJ m −3 ), while FF exhibits no observable response. The difference in water‐responsiveness strongly correlates to the deformability of aromatic regions, with FF crystals being too stiff to deform, whereas HYF is too soft to efficiently transfer water tension to external loads. These findings reveal aromatic topology design rules for WR crystals and provide insight into general mechanisms of high‐performance WR actuation. Moreover, the best‐performing crystal, F emerges as an efficient WR material for applications at scale and low cost.
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