2021年6月11日
研究人员创建了一个植物性、可持续、可伸缩材料可以替代一次性塑料在许多消费产品。
剑桥大学的研究人员创造了一种聚合物薄膜通过模仿蜘蛛丝的特性,最强大的材料之一。亚博网站下载新材料如今天许多常见的塑料使用,可以取代塑料在许多常见的家用产品。
组装的材料是使用一种新方法创建植物蛋白质材料模拟丝绸在分子水平上。亚博网站下载节能的方法,该方法使用可持续材料,结果在一个类似塑料的自立式)的电影,可以在工业规模。不褪色的“结构性”色彩可以添加到聚合物,它也可以用于制造防水涂料。
是可降解的材料,而其他类型的生物塑料工业堆肥设施降低要求。此外,Cambridge-developed材料不需要化学修改其自然的构建块,以便它可以安全地降低最自然的环境中。
新产品将由Xampla商业化,剑桥大学子公司发展替代一次性塑料制品和塑料微粒。该公司将推出一系列一次性袋和胶囊今年晚些时候,它可以替代在日常使用的塑料产品,如洗碗机平板电脑和洗衣粉的胶囊。结果发表在杂志上自然通讯。
多年来,在剑桥图诺尔斯教授的Yusuf Hamied化学系一直在研究蛋白质的行为。他的大部分研究都集中在当蛋白质错误折叠或“行为不端”,以及这如何与人类健康和疾病,主要是阿尔茨海默氏症。
“我们通常研究功能蛋白质的相互作用,使我们保持健康和不规则的交互与阿尔茨海默氏症,”诺尔斯说,他领导了当前的研究。“这是一个意外发现我们在可持续发展研究也可以解决一个大问题:塑料污染的。”
作为他们的蛋白质研究的一部分,诺尔斯教授和他的团队感兴趣为什么蜘蛛丝等材料如此强烈当他们有这样弱的分子键。亚博网站下载“我们发现的一个关键特性,蜘蛛丝的强度是氢键排列规律在空间和密度很高,”诺尔斯说。
合著者马克·罗德里格斯加西亚博士,博士后研究人员在诺尔斯集团现Xampla研发主管,开始研究如何复制这个定期在其他蛋白自组装。蛋白质分子自我组织和自我组装倾向,尤其是植物蛋白质丰富,可以采购可持续作为食品工业的副产品。
“很少有人了解植物蛋白的自组装,这是激动人心的知道通过填补知识空白,我们可以找到替代一次性塑料,”说博士生彩花Kamada,论文的第一作者。
研究人员成功地复制结构上发现蜘蛛丝通过使用大豆分离蛋白,蛋白质与一个完全不同的成分。”,因为所有的蛋白质的多肽链,在合适的条件下我们可以导致植物蛋白自组装就像蜘蛛丝一样,“诺尔斯说。“蜘蛛丝蛋白溶解在水溶液中,然后组装成一个非常强大的纤维通过一个旋转的过程,这需要非常小的能量。”
“其他研究人员已经直接与丝绸材料作为塑料替代工作,但是他们仍然一个动物产品,”亚博网站下载罗德里格斯加西亚说。“在某种程度上我们已经提出“素食蜘蛛丝”——我们已经创建了相同的材料,而蜘蛛。”
任何替代塑料需要另一种聚合物——两个在自然界中存在丰富的多糖和多肽。纤维素和nanocellulose多糖,已经使用了一系列应用程序,但是通常需要某种形式的交联形成强烈的材料。亚博网站下载蛋白自组装可以形成强大的材料像丝没有任何化学修改,但它们更难处理。亚博网站下载
研究人员用大豆分离蛋白(SPI)作为测试植物蛋白,因为它是现成的大豆油生产的副产品。SPI等植物蛋白不溶于水,因此很难控制他们的自组装成有序结构。
新技术使用环境友好型醋酸和水的混合物,加上声波降解法和高温,提高SPI的溶解度。这种方法产生的蛋白质结构与增强、分子相互作用引导的氢键的形成。在第二步溶剂去除,导致水不溶性的电影。
材料性能与低密度聚乙烯等高性能工程塑料。它的力量在于定期安排的多肽链,意义不需要化学交联,这是经常用来提高生物聚合物的性能和阻力的电影。最常用的交联剂是不可持续的,甚至可以是有毒的,而不需要有毒元素的Cambridge-developed技术。
“这是我们的高潮已经工作十多年了,这是了解自然生成材料蛋白质,”亚博网站下载诺尔斯说。“我们没有着手解决一个可持续性的挑战——我们是出于好奇心,如何创建强大的材料从弱的相互作用。”亚博网站下载
“关键的突破是能够控制自组装,所以我们现在可以创建高性能材料,”亚博网站下载罗德里格斯加西亚说。“这是令人兴奋的是这段旅程的一部分。有一个巨大的,巨大的塑料污染问题在世界上,我们是幸运的位置能够做些什么。”
来源:https://www.cam.ac.uk/