«Белки кальмаров могут быть использованы для производства материалов следующего поколения для множества областей, включая энергетику и биомедицину, а также в сфере безопасности и обороны», – говорит ведущий автор Мелик Демирель, Ллойд и Дороти Фёр Хак, заведующий кафедрой биомиметических материалов и директор Центра исследований передовых оптоволоконных технологий (CRAFT) при Университете штата Пенсильвания, США. «Мы проанализировали текущие знания о материалах на основе кольцевых зубов кальмаров, которые являются отличной альтернативой пластику, поскольку они экологически чистые и экологически устойчивые."
Зубцы кольца кальмара универсальны
По мере того, как человечество осознает последствия 100-летнего производства пластика, мы начинаем прислушиваться к предупреждениям природы и ее решениям.
"Природа производит множество умных материалов, способных воспринимать окружающую среду, самовосстановления и исключительных механических функций.
Эти материалы или биополимеры обладают уникальными физическими свойствами, которые не так легко найти в синтетических полимерах, таких как пластик. Важно отметить, что биополимеры устойчивы и могут быть разработаны для улучшения их физических свойств », – объясняет Демирель.
Океаны, пострадавшие от загрязнения пластиком, находятся в центре поиска экологически безопасных альтернатив. Недавно обнаруженный белок из кольцевых зубов кальмаров (SRT) – круглые хищные придатки, расположенные на присосках кальмаров, которые используются для сильного захвата добычи, – вызвал интерес благодаря своим замечательным свойствам и устойчивому производству.
Эластичность, гибкость и прочность материалов на основе SRT, а также их самовосстанавливающиеся, оптические, тепловые и электропроводящие свойства можно объяснить разнообразием молекулярных структур, которые они могут принять. Белки SRT состоят из строительных блоков, расположенных таким образом, что происходит микрофазовое разделение. Это схожая ситуация с нефтью и водой, но в гораздо меньшем масштабе, в наномасштабе. Блоки не могут полностью разделиться для образования двух отдельных слоев, поэтому вместо этого создаются формы на молекулярном уровне, такие как повторяющиеся цилиндрические блоки, неупорядоченные клубки или упорядоченные слои.
Формируемые формы определяют свойства материала, и ученые экспериментировали с ними, чтобы производить продукты на основе SRT для различных целей.
В текстильной промышленности белок SRT может устранить один из основных источников микропластического загрязнения, обеспечивая стойкое к истиранию покрытие, которое снижает эрозию микроволокон в стиральных машинах.
Точно так же самовосстанавливающееся белковое покрытие SRT может увеличить долговечность и безопасность подверженных повреждению биохимических имплантатов, а также одежды, предназначенной для защиты от боевых химических и биологических агентов.
Можно даже чередовать несколько слоев белков SRT с другими соединениями или технологиями, что может привести к разработке “ умной ” одежды, которая может защитить нас от загрязняющих веществ в воздухе, а также следить за нашим здоровьем. Оптические свойства материалов на основе СТО означают, что эта одежда также может отображать информацию о нашем здоровье или окружении.
В настоящее время разрабатываются гибкие фотонные устройства на основе SRT – компоненты, которые создают, манипулируют или обнаруживают свет, такие как светодиоды и оптические дисплеи, которые обычно изготавливаются из твердых материалов, таких как стекло и кварц.
«Фотоника SRT является биосовместимой и биоразлагаемой, поэтому ее можно использовать для изготовления не только носимых мониторов здоровья, но и имплантируемых устройств для биодетекции и биодетекции», – добавляет Демирель.
При создании этого фильма кальмары не пострадали
Одним из основных преимуществ материалов на основе SRT перед синтетическими материалами и пластиками, изготовленными из ископаемого топлива, является их экологическая квалификация. Белки SRT дешево и легко производятся из возобновляемых источников, и исследователи нашли способ производить их, не ловя кальмаров. «Мы не хотим истощать природные ресурсы кальмаров, и поэтому мы производим эти белки в генетически модифицированных бактериях. Процесс основан на ферментации и использует сахар, воду и кислород для производства биополимеров », – объясняет Демирель.
Есть надежда, что прототипы на основе SRT скоро станут более доступными, но необходимы дальнейшие разработки.
Демирель объясняет: «Увеличение масштаба этих материалов требует дополнительной работы. Сейчас мы работаем над технологией обработки этих материалов, чтобы сделать их доступными в промышленных производственных процессах."