Исследователи из Кембриджского университета создали полимерную пленку, имитирующую свойства паутины, одного из самых прочных материалов в природе.
Новый материал такой же прочный, как и многие обычные пластмассы, используемые сегодня, и может заменить пластик во многих обычных бытовых товарах. Материал был 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, дает пленку, подобную пластику, которую можно производить в промышленных масштабах. Полимер также можно окрашивать для создания водостойких покрытий.
Материал это компостируется домав отличие от других видов биопластиков. И, наконец, материал, разработанный Кембриджем, не требует химических модификаций природных строительных блоков. «Веганская» паутина разлагается без посторонней помощи, безопасно, во всех естественных средах.
Продавать новый продукт будет Шампла, дочерняя компания Кембриджского университета. Позже в этом году компания представит ряд одноразовых саше и капсул. Они могут заменить пластик, используемый в повседневных товарах, 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 из Кембриджского химического факультета Юсуф Хамиед провел исследование поведения белков. Большая часть его исследований сосредоточена на том, что происходит, когда белки «плохо себя ведут» и вызывают болезни. 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, руководивший исследованием паутины. «Было неожиданно обнаружить, что наше исследование может также решить главную проблему устойчивости: проблему загрязнения пластиком».
В рамках исследования белков Ноулз и его команда заинтересовались, почему такие материалы, как паутина, настолько прочны, даже несмотря на то, что у них такие слабые молекулярные связи. «Мы обнаружили, что ключевым моментом, который придает паутине ее силу, является то, что водородные связи расположены в космосе регулярно и с очень высокой плотностью», - 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 имеют склонность к молекулярной самоорганизации и самосборке, и, в частности, растительные белки широко распространены и могут быть устойчиво получены в качестве побочных продуктов пищевой промышленности.
"Очень мало известно о самосборке растительных белков, и приятно осознавать, что, заполняя этот пробел в знаниях, мы можем найти альтернативы этому. пластик одноразовые », - 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 вместо пластика, но они по-прежнему являются продуктом животного происхождения. В каком-то смысле мы пришли к «веганской паутине»: из того же материала, но без червя и 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. Затем на втором этапе удаляют растворитель.
«Веганская паутина» по своим характеристикам эквивалентна высокопроизводительным технополимерам, 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
