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“純素蜘蛛絲”制品可(kě)替代一次性塑料

發布時間： 2021-06-11 作(zuò)者： 分(fēn)享到：
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        英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員模仿自然界中(zhōng)很(hěn)堅固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創造了一種基于植物(wù)的、可(kě)持續的、可(kě)伸縮的聚合物(wù)薄膜。這種新(xīn)材料與當今使用(yòng)的許多(duō)普通塑料一樣堅固，可(kě)以取代許多(duō)普通家用(yòng)産(chǎn)品中(zhōng)的一次性塑料。同時，該材料無須工(gōng)業堆肥設備就可(kě)在大多(duō)數自然環境安(ān) 全降解，也可(kě)實現工(gōng)業化大規模生産(chǎn)。研究結果10日發表在《自然·通訊》雜志(zhì)上。

        領導這項研究的劍橋大學(xué)優素福·哈米德(dé)化學(xué)系的圖瑪斯·諾爾斯教授表示，蜘蛛絲這樣的材料之所以如此堅固的關鍵原因之一是氫鍵在空間中(zhōng)規則地排列，而且密度非常高。

蛋白質(zhì)具(jù)有(yǒu)分(fēn)子自組織和自組裝(zhuāng)的傾向，特别是作(zuò)為(wèi)食品工(gōng)業副産(chǎn)品的植物(wù)蛋白質(zhì)含量豐富，可(kě)持續獲得。該研究的合著者馬克·羅德(dé)裏格斯·加西亞博士研究如何在其他(tā)蛋白質(zhì)中(zhōng)複制這種規則的自我排列。

        研究人員将大豆分(fēn)離蛋白（SPI）作(zuò)為(wèi)測試植物(wù)蛋白，因為(wèi)作(zuò)為(wèi)豆油生産(chǎn)的副産(chǎn)品，SPI很(hěn)容易獲得。但是，像SPI這樣的植物(wù)蛋白在水中(zhōng)的溶解性很(hěn)差，因此很(hěn)難控制它們自組裝(zhuāng)成有(yǒu)序的結構。此次，通過使用(yòng)SPI，他(tā)們成功在沒有(yǒu)蜘蛛的情況下，複制了類似蜘蛛絲的結構，即所謂的“純素蜘蛛絲”。

        新(xīn)技(jì )術使用(yòng)環境友好的乙酸和水的混合物(wù)，結合超聲波和高溫，提高了SPI的溶解度。這種方法産(chǎn)生的蛋白質(zhì)結構，在氫鍵形成的引導下具(jù)有(yǒu)增強的分(fēn)子間相互作(zuò)用(yòng)。在第 二步中(zhōng)，溶劑被去除，從而形成不溶于水的薄膜。

        諾爾斯說：“因為(wèi)所有(yǒu)的蛋白質(zhì)都是由多(duō)肽鏈組成的，所以在合适的條件下，我們可(kě)以使植物(wù)蛋白質(zhì)像蜘蛛絲一樣自我組裝(zhuāng)。”蜘蛛體(tǐ)内的絲蛋白溶解在水溶液中(zhōng)，然後通過紡絲過程聚集成非常堅固的纖維，過程隻需要很(hěn)少的能(néng)量。

        該材料具(jù)有(yǒu)與低的密度聚乙烯等高性能(néng)工(gōng)程塑料相當的性能(néng)。化學(xué)交聯經常用(yòng)于提高生物(wù)聚合物(wù)薄膜的性能(néng)和耐受性。常用(yòng)的交聯劑是不可(kě)持續的，甚至可(kě)能(néng)有(yǒu)毒，而該新(xīn)材料的優勢在于多(duō)肽鏈的規則排列，這意味着不需要化學(xué)交聯，因此此項技(jì )術不再用(yòng)到有(yǒu)毒元素。

        總編輯圈點

        大自然的鬼斧神工(gōng)塑造了蜘蛛的神奇屬性。正是漫長(cháng)的自然選擇，促成了蛛絲這種2500多(duō)根納米線(xiàn)組成、卻十分(fēn)纖細且兼具(jù)強度和韌性的物(wù)質(zhì)。其至今仍是仿生學(xué)領域的重要研究目标之一。對蛛絲的破解和模拟，不但對現代技(jì )術的發展大有(yǒu)助益，還能(néng)如本文(wén)中(zhōng)的研究一樣，對環境保護貢獻一份重要力量。


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