«Веганский паучий шелк» как экологичная альтернатива одноразовому пластику

0 0

Исследователи из Кембриджского университета создали полимерную пленку, имитирующую свойства паучьего шелка, одного из самых прочных материалов в природе.Новый материал столь же прочен, как и многие обычные пластмассы, используемые сегодня, и может заменить пластик во многих обычных бытовых товарах.

Материал был создан с использованием нового подхода к сборкерастительных белковв материал, имитирующий шелк на молекулярном уровне.

«Веганский паучий шелк» как экологичная альтернатива одноразовому пластику

Исследователи создали устойчивый, масштабируемый материал на растительной основе, который может заменить одноразовый пластик во многих потребительских товарах. Фото: Xampla

Для эксперимента были использованы экологически чистые компоненты, в результате которого получена нерастворимая в воде пленка, напоминающая пластик, которую можно производить в промышленных масштабах. К полимеру можно добавить не выцветающий «структурный» цвет, а также его можно использовать для создания водостойких покрытий.

Этот материал можно компостировать в домашних условиях, в то время как для разложения других типов биопластиков требуется специальное промышленное оборудование для компостирования.

Кроме того, материал, разработанный в Кембридже, не требует химических модификаций своих естественных строительных блоков, поэтому он может безопасно разлагаться в большинстве природных сред.

Новый продукт синтезирован фирмой Xampla, дочерней компанией Кембриджского университета, которая занимается разработкой заменителей одноразового пластика и микропластика.В этом году компания представит ряд одноразовых саше и капсул, которые могут заменить пластик, используемый в повседневных товарах, таких как таблетки для посудомоечной машины и капсулы для стирального порошка.Результаты опубликованы в журналеNature Communications.

«Веганский паучий шелк» как экологичная альтернатива одноразовому пластику

Пример замены одноразового пластика в потребительских товарах, произведенный путем имитации свойств паучьего шелка, одного из самых прочных материалов в природе. Предоставлено: Xampla

Ключевой особенностью паучьего шелка, придающему ему уникальную прочность, является упорядоченное и очень плотное расположение водородных связей.

«Веганский паучий шелк» как экологичная альтернатива одноразовому пластику

Шёлк состоит из двух протеинов – серицина и фиброина. Фиброин является основным элементом волокна, серицин скрепляет волокна между собой. Фиброин, в свою очередь, тоже состоит из многих компонентов. Это б-кератин, в котором зигзагообразные цепочки преимущественно из глицина и аланина (виды аминокислот) лежат друг на друге слоями, связанными между собой водородными связями. Глицин обеспечивает прочность к разлому, а водородные связи – прочность на разрыв. Именно поэтому тонкая шёлковая нить прочнее стали (такого же диаметра).

Белки в природе имеют свойство молекулярной самоорганизации и самосборки. Используя это свойство, исследователи попытались использовать это качество белков растительного происхождения, полученных из отходов пищевой промышленности.

Исследователям удалось воспроизвести самосборку белков по типу паучьего шелка из весьма распространенного растительного белка — изолята соевого белка. Этот белок имеет другой состав, но полипептидные связи, которые роднят все белки, при определенных условиях позволили молекулам соевого изолята самоорганизоваться в подобную структуру, как и в шелке паука.

Протеин паучьего шелка растворяется в воде и затем собирается в процессе прядения в прочное волокно, требуя при этом минимальных энергозатрат.Растительные белки, такие как изолят соевого белка ( SPI), плохо растворимы в воде, что затрудняет контроль их самосборки в упорядоченные структуры.

В новом исследовании использовали экологически чистую смесь уксусной кислоты и воды, а дляулучшения растворимости SPI смесь обработали ультразвуком и высокими температурами. Этот метод позволил создать белковые структуры с усиленными межмолекулярными взаимодействиями и образованием водородных связей.На втором этапе растворитель удаляется, в результате чего образуется нерастворимая в воде пленка.

Материал имеет характеристики, эквивалентные высокотехнологичным пластмассам, таким как полиэтилен низкой плотности.Егопрочностьполучилась за счет образованиярегулярно расположенныхполипептидныхцепей, чтоизбавило исследователей от необходимости в химическом сшивании, которое часто используется для улучшения характеристик и придания устойчивости биополимерным пленкам.Наиболее часто используемые сшивающие агенты неустойчивы и даже могут быть токсичными. В данной технологии, разработанной в Кембридже. токсичные элементы не используются.

«Веганский паучий шелк» как экологичная альтернатива одноразовому пластику Любая замена пластику требует другого полимера — два из них, которые существуют в изобилии, — это полисахариды и полипептиды.Целлюлоза и наноцеллюлоза представляют собой полисахариды и используются в различных областях, но часто требуют некоторой формы сшивки для образования прочных материалов.Белки самоорганизуются и могут образовывать прочные материалы, такие как шелк, без каких-либо химических модификаций, но пока с ними намного сложнее работать.

Источник: naukatehnika.com
Оставить комментарий

Мы используем файлы cookie. Продолжив использование сайта, вы соглашаетесь с Политикой использования файлов cookie и Политикой конфиденциальности Принимаю

Privacy & Cookies Policy