„Veganské pavoučí hedvábí“ založené na rostlinách představuje udržitelnou alternativu k použitým plastům

Vědci vytvořili rostlinný odolný materiál velikosti, který může nahradit jednorázový plast v mnoha spotřebních výrobcích. Zápočet: Xampla

Vědci vytvořili rostlinný odolný materiál velikosti, který může nahradit jednorázový plast v mnoha spotřebních výrobcích.

Vědci z University of Cambridge vytvořili polymerní film napodobováním vlastností pavoučího hedvábí, jednoho z nejsilnějších materiálů přírody. Nový materiál je stejně silný jako mnoho běžných plastů, které se dnes používají, a může nahradit plast v mnoha běžných výrobcích pro domácnost.

Materiál je vyroben pomocí nové metody sestavování rostlinných proteinů do materiálů, které napodobují hedvábí na molekulární úrovni. Metoda energetické účinnosti, při které se používají trvanlivé komponenty, vede k plastické volně tekoucí fólii, kterou lze vyrobit v průmyslovém měřítku. K polymeru lze přidat barevné nestrukturální „struktury“ a lze je také použít k výrobě nátěrů, které nejsou odolné vůči vodě.

Materiál může být kompostovatelný doma, zatímco jiné bioplasty vyžadují, aby se rozložily průmyslové kompostovací zařízení. Materiál vyrobený v Cambridge navíc nevyžaduje chemické úpravy přírodních stavebních bloků, takže je bezpečné poškodit většinu přírodních prostředí.

Nový produkt bude komercializován společností Xampla, spin-out společností z University of Cambridge, která vyvíjí náhražky použitých plastů a mikroplastů. Společnost představí v průběhu tohoto roku běžněji používané sáčky a kapsle, které mohou nahradit plasty používané v každodenních výrobcích, jako jsou tablety do myček a kapsle na prací prášek. Výsledky jsou uvedeny v časopise Komunikace v oblasti životního prostředí.

Veganské pavoučí hedvábné spotřební výrobky

Příklad náhrady použitého plastu ve spotřebních výrobcích, který je vytvořen napodobením vlastností pavoučího hedvábí, jednoho z nejsilnějších materiálů přírody. Zápočet: Xampla

Profesor Tuomas Knowles z Cambridge na katedře chemie Yusuf Hamied po mnoho let zkoumal povahu proteinů. Hodně z jeho výzkumu se zaměřilo na to, co se stane, když se proteiny chovají špatně nebo se „chovají špatně“, a zejména to, jak to souvisí s lidským zdravím a nemocemi. Alzheimerova choroba nemocný.

“Často zkoumáme, jak nám funkce bílkovin umožňují zůstat zdraví a jak se nepravidelné interakce účastní Alzheimerovy choroby,” uvedl Knowles, který vedl současný výzkum. „Je překvapením, že náš výzkum může také řešit hlavní problém udržitelnosti: problém znečištění plasty.“

V rámci výzkumu proteinů se Knowles a jeho tým dozvěděli, proč jsou materiály jako pavoučí hedvábí tak silné, když mají slabé molekulární vazby. “Zjistili jsme, že jednou z klíčových vlastností, která dává silné pavoučí hedvábí, jsou vodíkové vazby, které jsou pravidelně uspořádány ve vesmíru a ve velmi vysoké výšce,” řekl Knowles.

Spoluautor Dr. Marc Rodriguez Garcia, postdoktorský výzkumník ve skupině Knowles, který je nyní vedoucím výzkumu a vývoje ve společnosti Xampla, začíná zkoumat, jak lze tuto pravidelnou akumulaci replikovat s jinými proteiny. Proteiny mají tendenci se samovolně regulovat a hromadit a rostlinné bílkoviny jsou hojnější a lze je uchovat jako produkty potravinářského průmyslu.

“O vlastním skladování bílkovin v rostlině se ví velmi málo a je vzrušující vědět, že vyplněním této mezery budeme znát možnosti použití plastu,” řekl. Doktorandky Ayaky Kamady, první autorky článku.

Vědci úspěšně replikovali struktury nalezené v pavoučím hedvábí pomocí sójového proteinového izolátu, proteinu se zcela odlišným složením. “Protože všechny proteiny jsou vyrobeny z polypeptidových řetězců, za správných podmínek můžeme způsobit, že se rostlinné proteiny hromadí jako pavoučí hedvábí,” řekl Knowles. U pavouka je hedvábný protein rozpuštěn ve vodném roztoku, který poté akumuluje velmi silné vlákno procesem odstřeďování, který vyžaduje velmi málo energie. “

“Někteří vědci pracují přímo na hedvábných materiálech jako náhražce plastu, ale stále je to živočišný produkt,” řekl Rodriguez Garcia. „Nějak jsme našli„ veganské pavoučí hedvábí “- vyrobili jsme stejný materiál bez pavouka.“

Jakákoli plastová náhrada vyžaduje jiný polymer – oba jsou ze své podstaty bohaté na polysacharidy a polypeptidy. Celulóza a nanocelulóza jsou polysacharidy a používají se pro nejrůznější aplikace, ale pro vytvoření pevných materiálů často vyžadují jinou formu zesíťování. Proteiny se shromažďují samy a mohou vytvářet silné materiály, jako je hedvábí, bez jakýchkoli chemických změn, ale je s nimi mnohem těžší pracovat.

Vědci použili jako svůj rostlinný protein izolát sójového proteinu (SPI), který je snadno dostupný jako vedlejší produkt při výrobě sójového oleje. Rostlinné proteiny, jako je SPI, jsou špatně rozpustné ve vodě, což ztěžuje kontrolu jejich vlastní akumulace v požadovaných strukturách.

Nová metoda používá ekologicky šetrnou octovou směs kyselina a voda v kombinaci s ultrazvukem a vysokou teplotou ke zlepšení rozpustnosti SPI. Tato metoda vytváří strukturní proteiny se zvýšenými intermolekulárními interakcemi, které jsou vedeny k vytvoření vodíkové vazby. V jednom druhém kroku se rozpouštědlo odstraní, což vede k nerozpustnému filmu.

Materiál má ekvivalentní nános ekvivalentní vysoce výkonným technickým plastům, jako je polyethylen s nízkou hustotou. Jeho síla spočívá v pravidelném uspořádání polypeptidových řetězců, což znamená, že není vyžadována chemická vazba, která se často používá ke zlepšení tvorby a odolnosti biopolymerních filmů. Běžně používaná zesíťovací činidla jsou neudržitelná a mohou být dokonce toxická, zatímco pro metodu vyvinutou v Cambridge nejsou nutné žádné toxické prvky.

“To je důvod pro něco, na čem pracujeme více než deset let, a to pochopit, jak příroda vytváří materiály z bílkovin,” řekl Knowles. „Nejsme připraveni řešit problém udržitelnosti – jsme poháněni zvědavostí, jak ze slabých partnerství vyrobit silné materiály.“

“Klíčem k dobrým výsledkům je zde kontrola vlastní montáže, abychom nyní mohli vyrábět vysoce kvalitní výrobní materiály,” řekl Rodriguez Garcia. “Je vzrušující být součástí této cesty.” Na světě existuje obrovský a mnoho problémů se znečištěním plasty a my jsme jako na dlani, že s tím lze něco udělat. “

Reference: 10. června 2021, Komunikace v oblasti životního prostředí.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23813-6

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.