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蜘蛛丝带来新材料或可代替塑料制品

发布时间:2021-09-21 12:36:39
来源:亚娱体育平台

  在过去的半个世纪里,蜘蛛丝一直是人们感兴趣的长期研究课题之一,因为它有着类似钢铁和凯夫拉尔纤维的显著的力学性能,前者强且硬但是材料过重,后者强而软但是可拉伸性欠缺。

  按照常理,拉升强度的上升必然伴随着韧性的下降,反之亦然。但蜘蛛丝却集这些优点于一身,强、软、轻且可拉伸,也因此成为高性能应用的理想材料,比如,能量吸收、宇航服、防弹应用等。

  现在,英国剑桥大学的研究人员就模仿蜘蛛丝的特性,创造了一种基于植物的、可持续的、可伸缩的聚合物薄膜。这种新材料与当今使用的许多普通塑料一样坚固,可以取代许多普通家用产品中的一次性塑料。同时,该材料无须工业堆肥设备就可在大多数自然环境安全降解,也可实现工业化大规模生产。

  领导这项研究的剑桥大学优素福·哈米德化学系的图玛斯·诺尔斯教授表示,蜘蛛丝这样的材料之所以如此坚固的关键原因之一是氢键在空间中规则地排列,而且密度非常高。基于此,研究人员开始研究如何在其他蛋白质中复制这种有规律的自组装。

  其中,蛋白质具有分子自组织和自组装的倾向,尤其是植物衍生蛋白,其含量丰富,作为食品工业的副产品它们很容易获得。这是一种可持续的资源。然而,人们却对植物蛋白的自组装知之甚少。

  在这项研究中,研究人员使用大豆分离蛋白(SPI)作为测试植物蛋白,因为作为豆油生产的副产品,SPI很容易获得。但是,像SPI这样的植物蛋白很难溶于水,因此也很难控制它们自组装成有序的结构。

  为此,研究人员使用了环境友好的乙酸和水的混合物,并结合超声波和高温,提高了SPI的溶解度。这种方法产生了由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。在第二步中,溶剂被去除,从而形成不溶于水的薄膜。

  因此,通过使用SPI,研究团队成功在没有蜘蛛的情况下,复制了类似蜘蛛丝的结构,即所谓的“纯素蜘蛛丝”,并且具有与低密度聚乙烯等高性能工程塑料相当的性能。

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