“素食蜘蛛丝”为单用塑料提供可持续的替代品
来自剑桥大学的研究人员通过模仿蜘蛛丝的性质，自然中最强的材料之一创造了一种聚合物薄膜。新材料与当今使用的许多常见塑料一样强，可以取代许多普通家庭产品中的塑料。
使用一种新方法使用一种用于将植物蛋白组装成模拟丝绸的材料的新方法。使用可持续成分的节能方法导致塑料状的独立膜，可在工业规模处制造。可以将非褪色的“结构”颜色添加到聚合物中，也可用于制造防水涂层。
材料是家居堆肥，而其他类型的生物塑料需要工业堆肥设施降低。此外，剑桥开发的材料不需要对其天然构造块的化学修改，因此它可以在大多数自然环境中安全地降低。
新产品将由剑桥大学拆除公司大学Xampla商业化，开发单用塑料和微塑料的替代品。该公司将在今年晚些时候推出一系列单用小袋和胶囊，可以取代日常产品中使用的塑料，如洗碗机片和洗衣洗涤剂胶囊。结果在“自然通信”期刊上报告。
多年来，Tuomas教授在Cambridge的Yusuf Hamied Chemistry系一直在研究蛋白质的行为。他的大部分研究都集中在蛋白质误解或“行为吸引”的情况下，以及如何涉及健康和人类疾病，主要是阿尔茨海默病。
“我们通常调查功能性蛋白质相互作用如何保持健康，以及不规则的相互作用如何涉及阿尔茨海默氏病，”据称目前的研究。 “发现我们的研究令人惊讶的是，我们的研究也可以解决可持续性的大问题：塑料污染。”
作为其蛋白质研究的一部分，诺克尔和他的团队变得兴趣为什么蜘蛛丝的原因如此弱的分子键。 “我们发现，给蜘蛛丝的主要特征是其强度的一个关键特征是氢键在空间和非常高的密度下定期布置，”诺克尔斯表示。
Co-Auther Marc Rodriguez Garcia博士，诺克尔斯的博士后研究员现在是R＆amp; D在Xampla，开始看看如何在其他蛋白质中复制这种常规的自组装。蛋白质具有用于分子自组织和自组装的倾向，特别是植物蛋白质，植物蛋白质丰富，可持续地作为食品工业的副产品来源。
“非常少的是植物蛋白的自我组装，并且知道通过填补这种知识差距，我们可以找到单用塑料的替代品，”博士候选人Ayaka Kamada，本文的第一作者。
研究人员通过使用大豆蛋白分离物，一种具有完全不同的组成的蛋白质，成功地复制了蜘蛛丝的结构。 “因为所有蛋白质都是由多肽链制成的，在正确的条件下，我们可以使植物蛋白质像蜘蛛丝一样自组装，”诺克尔斯，谁也是圣约翰＆＃39; S College。 “在蜘蛛中，将丝蛋白溶解在水溶液中，然后通过需要非常小的能量的纺纱工艺组装成绝对强烈的纤维。”
“其他研究人员一直与丝绸材料直接工作，作为塑料更换，但它们仍然是一种动物产品，”Rodriguez Garcia说。 “在某种程度上，我们提出了”素食蜘蛛丝“ - 我们已经创造了没有蜘蛛的相同材料。”
塑料的任何替代品都需要另一种聚合物 - 在丰度中存在的两种性质是多糖和多肽。纤维素和纳米纤维素是多糖，已用于一系列应用，但通常需要某种形式的交联以形成强材料。蛋白质自组装，可以像丝绸一样形成强大的材料而没有任何化学修饰，但它们更难以使用。
研究人员使用大豆蛋白分离物（SPI）作为其测试植物蛋白，因为它被逐步获得豆油产量的副产物。植物蛋白如SPI易溶于水中，使其难以将其自组装控制成有序结构。
新技术采用环保醋酸和水混合物，结合超声波和高温，以改善SPI的溶解度。该方法产生抗氢键形成引导的具有增强的分子间相互作用的蛋白质结构。在第二步骤中，除去溶剂，从而导致水不溶性薄膜。
该材料具有相当于高性能工程塑料的性能，例如低密度聚乙烯。其强度在于多肽链的规则排列，这意味着不需要化学交联，这经常用于改善生物聚合物膜的性能和抗性。最常用的交联剂是不可持续的，甚至可以是有毒的，而剑桥开发的技术则不需要有毒元素。
“这是我们在十多年上工作的东西的高潮，这是了解自然产生来自蛋白质的材料，”诺克尔斯说。 “我们没有出发解决可持续发展挑战 - 我们的好奇心是如何创造弱互动的强大材料。”
“这里的关键突破是能够控制自我组装，所以我们现在可以创造高性能的材料，”Rodriguez Garcia说。 “成为这一旅程的一部分，这是令人兴奋的。世界上有一个巨大，巨大的塑料污染问题，我们在幸运的位置可以做点什么。“
Xampla＆＃39; S技术由Cambridge Enterprise，大学商业化臂进行专利。 Cambridge Enterprise和Amadeus Capital Partners Co-Led为Xampla提供了200万英镑的种子资金，由Sky Ocean Ventures和Cambridge Enterprise Fund VI加入，由Parkwalk管理。
参考：A. Kamada等。 '植物蛋白的自组装成高性能多功能纳米结构薄膜。'自然通信（2021）。 DOI：10.1038 / S41467-021-23813-6
