Наблюдение ученых за растениями и животными привело к появлению множества полезных продуктов, в том числе липучки, самоочищающейся краски и сверхпрочных материалов. Вдохновившись производством натурального шелка из коконов паука, ученые разработали способ превращения кукурузного белка в материал, похожий на пластик. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Биополимеры на растительной основе считаются экологичной альтернативой пластику, получаемому из ископаемого сырья. Совместная группа китайских и голландских ученых решила изучить возможности кукурузного белка под названием зеин. Он широко распространен, обладает обладает естественной гидрофобностью, но довольно хрупкий, поэтому важно было найти способ повысить его механическую прочность.
Паутина очень прочна. Пауки пропускают белковые растворы через узкие прядильные каналы, где химические условия помогают формировать прочные волокна, похожие на шелк. Исследовательская группа успешно применила этот метод к зеину. Они использовали стандартный промышленный аппликатор для нанесения пленок. Им удалось нанести жидкую форму зеина (полученную путем смешивания белкового порошка с водой и спиртом) на плоскую поверхность с контролируемой скоростью.
Когда белковая смесь проходит под лезвием аппликатора, его край воздействует на жидкость с силой сдвига. Это заставляет скрученные белки разворачиваться и соединяться друг с другом, подобно тому, как паучьи железы выстраивают молекулы шелка для повышения прочности.
Команда подвергла полученные высушенные пленки и волокна серии испытаний на прочность. Выяснилось, что они в два раза прочнее стандартных растительных пленок и по жесткости не уступают дереву и натуральному шелку. Материал обладает хорошими барьерными свойствами по отношению к кислороду и влаге.
Чтобы выяснить, может ли этот материал предотвратить порчу продуктов, исследователи обернули свежие бананы пленкой из зеина и поместили их в условия ускоренного старения. Пленка успешно препятствовала проникновению кислорода и влаги, не давая фруктам потемнеть. Когда новый материал поместили в лабораторную почвенную смесь, от 60% до 80% его естественным образом разложилось в течение 30 дней.
Несмотря на успешные испытания, этот материал пока не заменит обычный пластик. По словам исследователей, предстоит решить еще много задач, в том числе адаптировать метод для других белков растительного происхождения и понять как адаптировать данную технологию к промышленным масштабам.
Ранее мы рассказывали, что российские ученые создали полностью разлагаемый композит.
