Исследователи из Института биоинженерии Каталонии (Испания) создали первый биоматериал, который не просто является водостойким, а становится прочнее при контакте с водой.
Основой материала служит хитозан — биополимер, получаемый из хитина, содержащегося в панцирях ракообразных, в частности, из выброшенных раковин креветок. Главная инновация заключается во включении ионов никеля в структуру хитозана.
Вдохновением послужило наблюдение за природой. В экспериментах с морскими червями Nereis virens ученые обнаружили, что изъятие ионов цинка из челюстей нереид приводит к их резкому ослаблению и разбуханию. Так как клыки состоят из хитозана, это натолкнуло исследователей на мысль, что добавление ионов металлов в рукотворные биополимеры может сделать их более стойкими к действию воды. Команда применила этот принцип, выбрав никель из-за его способности легко взаимодействовать с хитином.
В обычном пластике вода разрушает связи между молекулами, из-за чего он становится мягче. В новом материале она, наоборот, помогает укреплять структуру. Никель создает в материале подвижную сеть связей. Когда материал намокает, ионы никеля и вода начинают постоянно взаимодействовать: старые связи рвутся, но сразу же создаются новые. Эта постоянная перестройка позволяет убирать напряжение. В итоге в воде прочность материала вырастает до 50% — это выше, чем у многих обычных пластмасс.
Важно, что химическая природа хитозана не меняется. Для окружающей среды материал остается «биологически чистым» — той же молекулой, что и в панцирях насекомых или грибах. Это гарантирует, что по окончании жизненного цикла он сможет легко разложиться и вернуться в природный круговорот, в отличие от обычного пластика, который накапливается в экосистемах и пищевых цепочках.
Это открытие, опубликованное в Nature Communications, меняет привычный взгляд на производство материалов. Оно становится не только возобновляемым, но и способствует решению проблемы утилизации отходов пищевой промышленности.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что новый клей на водной основе можно «отключать» по желанию.
