研究人員創造了一種(zhǒng)基于植物的、可持續的、可擴展的材料，可以替代許多消費品中的一次性塑料。 劍橋大學(xué)的研究人員通過(guò)模仿蜘蛛絲的特性制造了一種(zhǒng)聚合物薄膜，蜘蛛絲是自然界中堅固的材料之一。這(zhè)種(zhǒng)新材料與當今使用的許多普通塑料一樣(yàng)堅固，可以替代許多普通家用産品中的塑料。 這(zhè)種(zhǒng)材料是使用一種(zhǒng)新方法將(jiāng)植物蛋白組裝成(chéng)在分子水平上模拟絲綢的材料而制成(chéng)的。這(zhè)種(zhǒng)使用可持續成(chéng)分的節能(néng)方法産生了一種(zhǒng)類似塑料的獨立薄膜，可以工業規模制造。不褪色的“結構”顔色可以添加到聚合物中，也可以用于制造防水塗料。 研究人員創造了一種(zhǒng)基于植物的、可持續的、可擴展的材料，可以替代許多消費品中的一次性塑料。 該材料可在家中堆肥，而其他類型的生物塑料需要工業堆肥設施才能(néng)降解。此外，劍橋開(kāi)發(fā)的材料不需要對(duì)其構建塊進(jìn)行化學(xué)修飾，因此它可以在大多數自然環境中降解。 新産品將(jiāng)由劍橋大學(xué)衍生公司 Xampla 商業化，該公司開(kāi)發(fā)一次性塑料和微塑料的替代品。該公司將(jiāng)在今年晚些時候推出一系列一次性小袋和膠囊，它們可以替代日常用品中使用的塑料，例如洗碗片和洗衣粉膠囊。結果發(fā)表在《自然通訊》雜志上。 多年來，劍橋大學(xué) Yusuf Hamied 化學(xué)系的 Tuomas Knowles 教授一直在研究蛋白質的行爲。他的大部分研究都(dōu)集中在蛋白質錯誤折疊或“行爲不當”時會(huì)發(fā)生什麼(me)，以及這(zhè)與健康和人類（主要是阿爾茨海默病）的關系。 我們通常會(huì)研究功能(néng)性蛋白質相互作用如何讓我們保持健康，以及不規則的相互作用如何與阿爾茨海默病有關，當前研究的諾爾斯說,令人驚訝的是，我們的研究還(hái)可以解決可持續性方面(miàn)的一個大問題：塑料污染。 消費品中一次性塑料替代品的一個例子，通過(guò)模仿蜘蛛絲的特性生産，蜘蛛絲是自然界中強的材料之一。 作爲蛋白質研究的一部分，Knowles 和他的團隊開(kāi)始對(duì)爲什麼(me)像蜘蛛絲這(zhè)樣(yàng)的材料在分子鍵如此弱的情況下如此堅固感興趣。我們發(fā)現，賦予蜘蛛絲強度的關鍵特征之一是氫鍵在空間中以非常高的密度規則排列，諾爾斯說。 共同作者 Marc Rodriguez Garcia 博士是 Knowles 小組的博士後(hòu)研究員，現在是 Xampla 的研發(fā)主管，他開(kāi)始研究如何在其他蛋白質中複制這(zhè)種(zhǒng)常規自組裝。蛋白質具有分子自組織和自組裝的傾向(xiàng)，特别是植物蛋白質豐富，可以作爲食品工業的副産品可持續采購。 對(duì)植物蛋白的自組裝知之甚少，令人興奮的是，通過(guò)填補這(zhè)一知識空白，我們可以找到一次性塑料的替代品，該論文的作者、博士生 Ayaka Kamada 說。 研究人員通過(guò)使用大豆分離蛋白（一種(zhǒng)成(chéng)分不同的蛋白質）成(chéng)功複制了在蜘蛛絲上發(fā)現的結構。因爲所有蛋白質都(dōu)是由多肽鏈構成(chéng)的，在适當的條件下，我們可以使植物蛋白質像蜘蛛絲一樣(yàng)自組裝，諾爾斯說,在蜘蛛中，絲蛋白溶解在水溶液中，然後(hòu)通過(guò)需要很少能(néng)量的紡絲過(guò)程組裝成(chéng)非常堅固的纖維。 其他研究人員一直在直接使用絲綢材料作爲塑料替代品，但它們仍然是一種(zhǒng)動物産品，羅德裡(lǐ)格斯加西亞說,在某種(zhǒng)程度上，我們想出了‘純素蜘蛛絲’——我們創造了沒(méi)有蜘蛛的相同材料。 任何塑料的替代品都(dōu)需要另一種(zhǒng)聚合物——自然界中大量存在的兩(liǎng)種(zhǒng)聚合物是多糖和多肽。纖維素和納米纖維素是多糖，已被(bèi)用于一系列應用，但通常需要某種(zhǒng)形式的交聯來形成(chéng)堅固的材料。蛋白質自組裝，可以在化學(xué)修飾的情況下形成(chéng)像絲綢這(zhè)樣(yàng)的堅固材料，但它們更難處理。 研究人員使用大豆分離蛋白 (SPI) 作爲他們的測試植物蛋白，因爲它很容易作爲大豆油生産的副産品獲得。SPI 等植物蛋白難溶于水，因此很難控制它們自組裝成(chéng)有序結構。 新技術使用醋酸和水的環保混合物，結合超聲波處理和高溫，以提高 SPI 的溶解度。這(zhè)種(zhǒng)方法産生了由氫鍵形成(chéng)引導的具有增強的分子間相互作用的蛋白質結構。在步中，溶劑被(bèi)去除，從而形成(chéng)水不溶性薄膜。 該材料具有與低密度聚乙烯等高性能(néng)工程塑料相當的性能(néng)。它的優勢在于多肽鏈的規則排列，這(zhè)意味著(zhe)不需要化學(xué)交聯，化學(xué)交聯經(jīng)常用于提高生物聚合物薄膜的性能(néng)和抵抗力。常用的交聯劑是不可持續的，甚至可能(néng)有毒，而劍橋開(kāi)發(fā)的技術不需要有毒元素。 這(zhè)是我們十多年來一直緻力于研究的成(chéng)果，即了解自然界如何從蛋白質中生成(chéng)材料，Knowles 說,我們并沒(méi)有著(zhe)手解決可持續性挑戰——我們的動機是好(hǎo)奇如何從弱相互作用中創造出強大的材料。 這(zhè)裡(lǐ)的關鍵突破是能(néng)夠控制自組裝，因此我們現在可以創造高性能(néng)材料，羅德裡(lǐ)格斯加西亞說,成(chéng)爲這(zhè)一旅程的一部分令人興奮。世界上有一個巨大的塑料污染問題，我們很幸運能(néng)夠爲此做點什麼(me)。

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