北京
中荷研究人員利用玉米制成了一種類(lèi)似蛛絲的生物聚合物，這種材料可在土壤中數(shù)周內(nèi)降解。
一個(gè)中荷聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用受蜘蛛絲啟發(fā)的方法，成功將玉米轉(zhuǎn)化為塑料。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，由此產(chǎn)生的基于玉米蛋白的生物聚合物，可以為源自化石燃料的塑料提供一種更具可持續(xù)性的替代方案。
當(dāng)今大多數(shù)塑料由石油和天然氣制成，這導(dǎo)致了碳排放及其他污染物等諸多環(huán)境問(wèn)題。塑料的使用還造成了極大的浪費(fèi)，因?yàn)樗芰蠌U棄物在自然界中極難分解，進(jìn)而產(chǎn)生微塑料。
為此，科學(xué)家多年來(lái)一直試圖尋找一種可生物降解的“生物塑料”替代品，尤其是源自植物的生物聚合物。然而，這類(lèi)“塑料”要么強(qiáng)度低、易碎，要么阻隔濕氣或氧氣的性能不佳。
這使得它們無(wú)法實(shí)際替代食品包裝、纖維或耐用材料等用途。該團(tuán)隊(duì)在5月11日發(fā)表于《自然·通訊》的論文中解釋道：“植物源生物聚合物有可能成為化石基聚合物的可持續(xù)替代品，但迄今為止，其較差的材料性能限制了它們的應(yīng)用。”
為此，團(tuán)隊(duì)決定研究一種名為玉米醇溶蛋白的玉米蛋白作為潛在替代品。玉米醇溶蛋白天然存在于玉米中，是玉米加工和乙醇生產(chǎn)等過(guò)程的副產(chǎn)品。
由玉米制成，靈感源于蜘蛛
這種材料既可生物降解，又可再生，但（與其他植物源塑料一樣）強(qiáng)度低、易碎，工業(yè)用途不大。為了克服這一缺點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)再次從大自然中汲取靈感，研究了蜘蛛如何為蛛網(wǎng)制造蛛絲。
蜘蛛絲以極其強(qiáng)韌、柔韌、輕質(zhì)和可生物降解而著稱(chēng)。如果能用玉米醇溶蛋白復(fù)制出類(lèi)似的材料，那么由此產(chǎn)生的生物聚合物將為替代塑料開(kāi)辟有趣的可能性。
蜘蛛在紡絲時(shí)處理蛋白質(zhì)的方式十分有趣，團(tuán)隊(duì)力求盡可能貼近地復(fù)制這一過(guò)程。蜘蛛產(chǎn)絲時(shí)，其腹部的腺體會(huì)改變含水量、調(diào)控酸度、使蛋白質(zhì)排列對(duì)齊，并有效地重組分子鍵。
這使得蛛絲內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固，（等重下）成為地球上抗拉強(qiáng)度最高的材料之一。該團(tuán)隊(duì)沒(méi)有像制作普通塑料那樣簡(jiǎn)單地熔化或化學(xué)處理玉米蛋白，而是采用受蜘蛛絲啟發(fā)的方法來(lái)重組蛋白質(zhì)分子。
這促使玉米醇溶蛋白分子更有效地排列和鍵合。正是這種排列使新型生物聚合物如此強(qiáng)韌。利用這種新聚合物，團(tuán)隊(duì)制造出纖維、薄片和薄膜，構(gòu)成了一種他們稱(chēng)為“plantymer”的材料。
這種材料強(qiáng)韌而致密，能出色地阻隔水和氧氣，并且至關(guān)重要的是，它可以生物降解。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，暴露于土壤中一個(gè)月內(nèi)，多達(dá)80%的材料可被分解。
它能替代塑料嗎？
盡管這很有趣，但必須指出，它目前仍處于研發(fā)階段。在這種材料真正能挑戰(zhàn)傳統(tǒng)塑料之前，還有許多未知問(wèn)題需要解答。
例如，能否在實(shí)驗(yàn)室外實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)？能否在不影響糧食生產(chǎn)的情況下獲得足夠的玉米醇溶蛋白？“plantymer”的耐久性如何？長(zhǎng)期暴露在熱和光下會(huì)有怎樣的反應(yīng)？它在工業(yè)上有什么實(shí)際用途？
無(wú)論如何，這種新材料無(wú)疑是朝著正確方向邁出的一步。團(tuán)隊(duì)補(bǔ)充說(shuō)：“我們已證明，受蜘蛛絲啟發(fā)的蛋白質(zhì)材料加工方法，可應(yīng)用于玉米醇溶蛋白等來(lái)源充足的植物蛋白。”
您可以在《自然·通訊》期刊上查看該研究。
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