“純素蜘蛛絲”制品可替代一次性塑料

英國劍橋大學的研究人員模仿自然界中最堅固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創(chuàng)造了一種基于植物的、可持續(xù)的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當今使用的許多普通塑料一樣堅固，可以取代許多普通家用產(chǎn)品中的一次性塑料。同時，該材料無須工業(yè)堆肥設(shè)備就可在大多數(shù)自然環(huán)境安全降解，也可實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。研究結(jié)果于2021 年6 月10 日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

蜘蛛絲這樣的材料之所以如此堅固的關(guān)鍵原因之一是氫鍵在空間中規(guī)則地排列，而且密度非常高。蛋白質(zhì)具有分子自組織和自組裝的傾向，特別是作為食品工業(yè)副產(chǎn)品的植物蛋白質(zhì)含量豐富，可持續(xù)獲得。該研究的合著者馬克·羅德里格斯·加西亞博士研究如何在其他蛋白質(zhì)中復(fù)制這種規(guī)則的自我排列。

研究人員將大豆分離蛋白（SPI）作為測試植物蛋白，因為作為豆油生產(chǎn)的副產(chǎn)品，SPI 很容易獲得。但是，像SPI 這樣的植物蛋白在水中的溶解性很差，因此很難控制它們自組裝成有序的結(jié)構(gòu)。此次，通過使用SPI，他們成功在沒有蜘蛛的情況下，復(fù)制了類似蜘蛛絲的結(jié)構(gòu)，即所謂的“純素蜘蛛絲”。

新技術(shù)使用環(huán)境友好的乙酸和水的混合物，結(jié)合超聲波和高溫，提高了SPI 的溶解度。這種方法產(chǎn)生的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，在氫鍵形成的引導(dǎo)下具有增強的分子間相互作用。在第二步中，溶劑被去除，從而形成不溶于水的薄膜。

該材料具有與低密度聚乙烯等高性能工程塑料相當?shù)男阅??；瘜W交聯(lián)經(jīng)常用于提高生物聚合物薄膜的性能和耐受性。最常用的交聯(lián)劑是不可持續(xù)的，甚至可能有毒，而該新材料的優(yōu)勢在于多肽鏈的規(guī)則排列，這意味著不需要化學交聯(lián)，因此此項技術(shù)不再用到有毒元素。