Биомолекулярное стекло можно заправлять в 3D-принтер и отливать в формы
Химическая модификация молекул открывает двери для похожего на стекло материала, который может разлагаться вместе с органическими отходами. Исследователи модифицировали аминокислоты и пептиды, а затем превратили их в прозрачное стекло. На фото — пробные образцы в форме морской раковины.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science Advances («Научные достижения»), исследователи превратили строительные блоки белков в биомолекулярное стекло. Оно не только прозрачно, но из него можно печатать на 3D-принтере и отливать в формы. В публикации уточнили, что стекло разлагается довольно быстро, так что из него невозможны бутылки для напитков, потому что жидкости спровоцируют распад.
— Джун Лю, специалист по материалам из Университета Вашингтона в Сиэтле.
Стандартное стекло изготавливают из неорганических молекул, в основном из диоксида кремния. Ингредиенты плавят при высоких температурах. Всем привычное стекло легко перерабатывается, но, несмотря на это, его разрушение на свалке может занять тысячи лет, и то в смысле физического измельчения, если это вообще произойдёт.
Аминокислоты же легко расщепляются микроорганизмами, а это означает, что вместо того, чтобы годами валяться на свалке, питательные вещества в биомолекулярном стекле могут вернуться в экосистему.
Сюэхай Янь, соавтор исследования и химик из Китайской академии наук в Пекине, отметил, что разработка возобновляемых, безвредных и разлагаемых материалов очень привлекательна с точки зрения устойчивого будущего.
Обычно, когда аминокислотные цепи, известные как пептиды, нагреваются, молекулы начинают расщепляться, прежде чем расплавятся. Сюэхай Янь и его коллеги модифицировали окончания молекул аминокислот, чтобы изменить способ их сборки и предотвратить распад. После расплавления модифицированных аминокислот исследователи быстро охлаждали их, но так, чтобы сохранять в жидком состоянии. Затем исследователи окончательно охлаждали вещество, чтобы превратить в стекло. Оно оставалось твёрдым и при комнатной температуре.
Новый метод предотвращает образование аминокислот и пептидов в кристаллической структуре при их затвердевании, что сделало бы стекло мутным, Впрочем, авторы отмечают, что в некоторых случаях стекло всё же не получалось вполне бесцветным.
Когда исследователи подвергли биомолекулярное стекло воздействию пищеварительных жидкостей и компоста, для разрушения потребовалось от нескольких недель до нескольких месяцев, в зависимости от химической модификации и используемой аминокислоты или пептида.
Пока, на этапе испытаний, биоразлагаемое стекло — это просто лабораторный курьёз. Тин Сюй, специалист по материалам из Калифорнийского университета в Беркли, пояснила, что учёные провели не прикладное, а именно фундаментальное исследование. Однако, по её словам, это открывает путь для новых материалов.
По словам Тин Сюй, из-за способности к биологическому разложению изобретённое стекло не подходит для использования в условиях повышенной влажности. К тому же органические химические связи, как правило, слабее неорганических, поэтому пептидное стекло, скорее всего, будет менее прочным, чем обычное. Но его свойства может быть полезны в гибких миниатюрных устройствах, таких как линзы микроскопов.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science Advances («Научные достижения»), исследователи превратили строительные блоки белков в биомолекулярное стекло. Оно не только прозрачно, но из него можно печатать на 3D-принтере и отливать в формы. В публикации уточнили, что стекло разлагается довольно быстро, так что из него невозможны бутылки для напитков, потому что жидкости спровоцируют распад.
В прошлом никто никогда не пробовал проделать подобное с биоматериалами, и это достойное открытие
— Джун Лю, специалист по материалам из Университета Вашингтона в Сиэтле.
Стандартное стекло изготавливают из неорганических молекул, в основном из диоксида кремния. Ингредиенты плавят при высоких температурах. Всем привычное стекло легко перерабатывается, но, несмотря на это, его разрушение на свалке может занять тысячи лет, и то в смысле физического измельчения, если это вообще произойдёт.
Аминокислоты же легко расщепляются микроорганизмами, а это означает, что вместо того, чтобы годами валяться на свалке, питательные вещества в биомолекулярном стекле могут вернуться в экосистему.
Сюэхай Янь, соавтор исследования и химик из Китайской академии наук в Пекине, отметил, что разработка возобновляемых, безвредных и разлагаемых материалов очень привлекательна с точки зрения устойчивого будущего.
Обычно, когда аминокислотные цепи, известные как пептиды, нагреваются, молекулы начинают расщепляться, прежде чем расплавятся. Сюэхай Янь и его коллеги модифицировали окончания молекул аминокислот, чтобы изменить способ их сборки и предотвратить распад. После расплавления модифицированных аминокислот исследователи быстро охлаждали их, но так, чтобы сохранять в жидком состоянии. Затем исследователи окончательно охлаждали вещество, чтобы превратить в стекло. Оно оставалось твёрдым и при комнатной температуре.
Новый метод предотвращает образование аминокислот и пептидов в кристаллической структуре при их затвердевании, что сделало бы стекло мутным, Впрочем, авторы отмечают, что в некоторых случаях стекло всё же не получалось вполне бесцветным.
Когда исследователи подвергли биомолекулярное стекло воздействию пищеварительных жидкостей и компоста, для разрушения потребовалось от нескольких недель до нескольких месяцев, в зависимости от химической модификации и используемой аминокислоты или пептида.
Пока, на этапе испытаний, биоразлагаемое стекло — это просто лабораторный курьёз. Тин Сюй, специалист по материалам из Калифорнийского университета в Беркли, пояснила, что учёные провели не прикладное, а именно фундаментальное исследование. Однако, по её словам, это открывает путь для новых материалов.
По словам Тин Сюй, из-за способности к биологическому разложению изобретённое стекло не подходит для использования в условиях повышенной влажности. К тому же органические химические связи, как правило, слабее неорганических, поэтому пептидное стекло, скорее всего, будет менее прочным, чем обычное. Но его свойства может быть полезны в гибких миниатюрных устройствах, таких как линзы микроскопов.
- Дмитрий Ладыгин
- nature.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Куда делась атомная бомба Гитлера? Физики увидели то, что упустили историки
Ученые подчеркивают: многие из громких мифов 1940-е годов, скорее всего, не выдержат проверки реальными фактами...
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
Самая известная мумия Южной Америки снова «заговорила»: последние ее месяцы были очень мрачными
Археологи говорят: именно на этой жестокой практике держалась вся империя инков...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Что будет с Азовским морем? Российские ученые просчитали четыре варианта развития событий
Исследователи объяснили, почему при любом раскладе море не будет прежним. Но каким тогда?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
В морском льду Антарктиды протаяла дыра площадью с Португалию. Теперь ученые знают, почему
Эксперты говорят: сбой ледового ритма опасен для Мирового океана и планеты в целом...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...
Земля... это космическая марионетка: оказалось, что Солнце и Луна могут трясти планету сутками
Сейсмологи рассказали, что наблюдения за космическими приливами, поможет предсказывать мегаземлетрясения, цунами и даже извержения вулканов...
Кита лечили тем, от чего обычно умирают: этот эксперимент изменил медицину
Одиннадцатилетняя белуха угасала от неизлечимой болезни, и тогда ученые пошли на рискованные опыты...
40 000-летний подводный город нашли в Турции: почему официальная наука против такой даты?
Интересно, что древний объект находится недалеко от горы Арарат, где прямо сейчас ищут легендарный Ноев ковчег...
Он помогал нести крест Христу: надпись на саркофаге проливает свет на библейского персонажа
2000-летний гроб был найден еще 1941 году, но ученые до сих пор не пришли к какому-то общему мнению. Почему?...