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.