Материал был создан с использованием нового подхода к сборке растительных белков в материалы, имитирующие шелк на молекулярном уровне. Новый метод, в котором используются экологически чистые ингредиенты, дает в результате пленку, напоминающую пластик, которую можно производить в промышленных масштабах. К полимеру можно добавить не выгорающий «структурный» цвет, а также его можно использовать для создания водостойких покрытий. Конечный результат подобен шелку паутины, но имеет растительное происхождение.

 

Важными преимуществами нового материала является то, что его можно производить в больших количествах, и он не требует химических модификаций своих естественных строительных блоков и может безопасно разлагаться в большинстве природных сред. Этот материал можно просто компостировать в домашних условиях, в то время как для разложения других типов биопластиков требуется специальное оборудование.

 

В рамках исследования белков ученые выяснили, почему такие материалы, как шелк паутины, настолько прочны, когда у них такие слабые молекулярные связи.

Шелк, паучий шелк
Одной из ключевых характеристик, придающих паучьему шелку его прочность, является то, что его водородные связи расположены с очень высокой плотностью. Перед учеными была поставлена задача воспроизвести эту самосборку в других белках.

Обнадеживающими факторами является склонность белков к молекулярной самоорганизации и самосборке, а растительные белки, в частности, широко распространены и могут быть просто получены в качестве побочных продуктов пищевой промышленности.

 

 

Исследователи успешно воспроизвели структуры, обнаруженные в паучьем шелке, используя изолят соевого белка (SPI) в качестве тестируемого растительного белка, так как его легко получить в качестве побочного продукта при производстве соевого масла.

 

Поскольку все белки состоят из полипептидных цепей, в определенных условиях есть возможность заставить растительные белки самоорганизовываться.

Шелк, паучий шелк
У паука протеин шелка растворяется в водном растворе, который затем собирается в чрезвычайно прочное волокно в процессе прядения, требующего очень мало энергии. И вот исследователи создали «веганский паучий шелк», то есть создали такой же материал, но без паука.

В новом методе используется экологически чистая смесь уксусной кислоты и воды в сочетании с обработкой ультразвуком и высокими температурами для улучшения растворимости SPI. Этот метод создает белковые структуры с усиленными межмолекулярными взаимодействиями, управляемыми образованием водородных связей. На втором этапе растворитель удаляется, в результате чего образуется нерастворимая в воде пленка.

Шелк, паучий шелк
Материал по своим характеристикам эквивалентен высокотехнологичным конструкционным пластмассам, таким как полиэтилен низкой плотности. Его особенность заключается в регулярном расположении полипептидных цепей, что означает отсутствие необходимости в химическом «сшивании», которое часто используется для улучшения характеристик, а также устойчивости биополимерных пленок. Наиболее часто используемые сшивающие агенты в других материалах неустойчивы и даже могут быть токсичными, в то время как для новой технологии, разработанной в Кембридже они не нужны.
Шелк, паучий шелк
Благодаря обработке ультразвуком в растворе уксусной кислоты первоначально нерастворимые агрегаты растворяются и разворачиваются, что делает их доступными для образования новых межмолекулярных взаимодействий. При охлаждении формируются новые межмолекулярные структуры β-листов. Удаление растворителя приводит к образованию β-листовых нанокристаллов внутри пленки.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!