Исследователи из Кембриджского университета создали полимерную пленку, имитирующую свойства паутины, одного из самых прочных природных материалов.
Новый материал так же прочен, как и многие распространенные сегодня пластмассы, и может заменить пластик во многих распространенных предметах домашнего обихода. Материал создан с использованием нового подхода к сборке растительных белков в материалы, имитирующие паутину на молекулярном уровне.
«Зеленый» фильм
Энергоэффективный метод, в котором используются экологически чистые ингредиенты, позволяет получить пленку, похожую на пластик, которую можно производить в промышленных масштабах. Полимер также можно окрасить для создания водостойких покрытий.
Материал это компостируется дома, в отличие от других видов биопластика. И, наконец, материал, разработанный Кембриджем, не требует химических модификаций природных строительных блоков. «Веганская» паутина разлагается без посторонней помощи, безопасно и во всех природных средах.
Продавать новый продукт будет Шампла, дочерней компании Кембриджского университета. Позднее в этом году компания представит линейку одноразовых пакетиков и капсул. Они могут заменить пластик, используемый в повседневных продуктах, таких как таблетки для посудомоечной машины и капсулы для стирального порошка. Результаты сообщаются в журнале. Природа связи .
Секрет ЭТОЙ паутины? Растительные белки
На протяжении многих лет профессор Туомас Ноулз Юсуф Хамид с химического факультета Кембриджа занимается исследованием поведения белков. Большая часть его исследований была сосредоточена на том, что происходит, когда белки «неправильно себя ведут», вызывая заболевания. такие как болезнь Альцгеймера.
«Обычно мы изучаем, как функциональные взаимодействия белков позволяют нам оставаться здоровыми и как нерегулярные взаимодействия связаны с болезнью Альцгеймера», — говорит Ноулз, который руководил исследованием паутины. «Было неожиданно обнаружить, что наше исследование может также решить серьезную проблему устойчивого развития: проблему загрязнения пластиком».
В рамках исследования белка Ноулз и его команда заинтересовались, почему такие материалы, как паутина, настолько прочны, хотя у них такие слабые молекулярные связи. «Мы обнаружили, что ключом к прочности паутины является то, что водородные связи расположены регулярно в пространстве и имеют очень высокую плотность», — сказал Ноулз.
Соавтор д-р. Марк Родригес Гарсия, который сейчас возглавляет отдел исследований и разработок в Xampla, начал изучать, как воспроизвести эту регулярную самосборку в других белках. Белки обладают склонностью к молекулярной самоорганизации и самосборке, а растительные белки, в частности, широко распространены и могут быть получены из устойчивых источников в качестве побочных продуктов пищевой промышленности.
«Очень мало известно о самосборке растительных белков, и интересно узнать, что, восполнив этот пробел в знаниях, мы можем найти альтернативы пластик одноразовый», — говорит он. Аяка Камада, первый автор статьи.
Паутина... с соей
Исследователи успешно воспроизвели структуры, обнаруженные в паутине, используя изолят соевого белка, побочный продукт производства соевого масла. Это белок с совершенно другим составом.
Поскольку все белки состоят из цепочек полипептиды, при правильных условиях мы можем заставить растительные белки самоорганизовываться, как паутина. У паука протеин шелка растворяется в водном растворе, который затем собирается в чрезвычайно прочное волокно в процессе прядения, для которого требуется очень мало энергии.
Туомас Ноулз, Кембриджский университет
Другие исследователи работали непосредственно с шелковыми материалами в качестве замены пластика, но они по-прежнему являются продуктом животного происхождения. В каком-то смысле мы пришли к «веганской паутине»: тот же материал, но без жука и без паука.
Концентрат технологий
Обычно растительные белки, такие как изолят соевого белка (SPI), плохо растворимы в воде. Это затрудняет контроль их самосборки в упорядоченные структуры. В новом методе используется экологически чистая смесь уксусной кислоты и воды в сочетании с ультразвуком и высокими температурами для улучшения растворимости SPI. Этот метод создает белковые структуры с усиленными межмолекулярными взаимодействиями, обусловленными образованием водородных связей. На втором этапе растворитель затем удаляют.
«Веганская паутина» имеет характеристики, эквивалентные высокопроизводительным конструкционным пластикам, таким как полиэтилен низкой плотности.
Это кульминация того, над чем мы работали более десяти лет, - понимания того, как природа генерирует материалы из белков. Мы не ставили перед собой задачу решить проблему устойчивости: нас мотивировало любопытство по поводу того, как создавать прочные материалы из слабых взаимодействий.
Туомас Ноулз, Кембриджский университет
