Исследователи из Кембриджского университета создали полимерную пленку, которая имитирует свойства паутины, одного из самых прочных материалов в природе.
Новый материал столь же прочен, как и многие распространенные пластмассы, используемые сегодня, и может заменить пластмассу во многих 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 устойчивые ингредиенты, позволяет получить пленку, похожую на пластик, которую можно производить в промышленных масштабах. Полимер также может быть окрашен для получения водостойких покрытий.
Материал это компостируется дома, в отличие от других видов биопластиков. И, наконец, материал, разработанный Кембриджем, не требует химической модификации своих природных строительных блоков. «Веганская» паутина безопасно разлагается без посторонней помощи во всех природных средах.
Продавать новый продукт будет Шампла, дочерняя компания Кембриджского университета. Позже в этом году компания представит ряд 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 Кембриджский химический факультет Юсуф Хамид провел исследование поведения белков. Большая часть его исследований была сосредоточена на том, что происходит, когда белки «неправильно себя ведут» и вызывают болезнь. 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 серьезную проблему устойчивого развития: загрязнение пластиком».
В рамках своих исследований белков Ноулз и его команда заинтересовались, почему такие материалы, как паутина, такие прочные, несмотря на то, что в них такие слабые молекулярные связи. «Мы обнаружили, что ключом, придающим паутине ее силу, является регулярное расположение водородных связей в пространстве и очень высокая 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 имеют склонность к молекулярной самоорганизации и самосборке, и, в частности, растительные белки широко распространены и могут быть устойчивым источником побочных продуктов пищевой промышленности.
«О самосборке растительных белков известно очень мало, и интересно узнать, что, заполняя 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 заменителей пластика, но они по-прежнему являются продуктом животного происхождения. В каком-то смысле мы пришли к «веганской паутине»: тот же материал, но без червя 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. Затем на втором этапе удаляют растворитель.
«Веганская паутина» имеет характеристики, эквивалентные высокоэффективным 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
