Не для еды: учёные сделали спагетти в 200 раз тоньше волоса

В Университетском колледже Лондона создали самые тонкие в мире спагетти в надежде решить ряд проблем медицины, от заживления ран до восстановления тканей. Диаметр полученных из обычной белой муки волокон — всего 372 нанометра, что примерно в 200 раз тоньше человеческого волоса. Да что уж там, это даже тоньше некоторых волн видимого света!


Изобретение, описанное в журнале Nanoscale Advances («Наномасштабные достижения»), значительно продвинуло науку в разработке материалов соответствующего масштаба.

Ультратонкая вермишель стала результатом экологичного подхода к созданию нанофибрилл (нитевидных структур) для медицины и промышленности. Традиционные способы получения крахмальных нанофибрилл подразумевают извлечение и очистку крахмала из растительных клеток. Однако такая технология означает значительный расход электроэнергии и воды. При новом подходе использовали муку непосредственным образом, в её обычном виде, взяв за основу более простой и менее затратный во всех смыслах способ.

Химик Адам Клэнси сказал, что фактически речь идёт именно об изготовлении спагетти, просто чрезвычайно тонких. Они с коллегами так же пропустили тесто через подобие металлического «дуршлага». Разница заключалась в том, что продавливание теста осуществили с помощью тока. При такой формовке электрические силы и позволили создать чрезвычайно тонкие волокна.

При подаче электрического заряда раствор втягивался через иглу, образуя чрезвычайно тонкие волокна, которые собирались на металлической пластине, покрытой бумагой для выпечки. Для оптимальных результатов требовался точный контроль параметров: расстояние между иглой и собирающей поверхностью в 8 см, скорость потока в 0,25 мл в час и напряжение от 19 кВ до 21 кВ.

Полученный материал представляет собой мат (слой) диаметром около 2 см, то есть видимый глазом. Но образующие его нити настолько тонкие, что их можно измерить лишь с помощью сканирующего электронного микроскопа.



Исследовательский коллектив из Великобритании закупал для этого необычного эксперимента самую обычную белую муку в супермаркете Marks & Spencer. Соотношение из 72,8% углеводов, 9,9% белков, 2,6% клетчатки, 0,7% жиров при 14,7% влажности оказалось вполне подходящим для создания однородных нановолокон.

Ученые опытным путем выяснили, что ключ к успеху — в приготовлении теста. Как оказалось, вода для этого не подходила. Муку смешали с муравьиной кислотой, которая разрушает сложные спиральные структуры молекул крахмала. Кстати, модификация крахмала происходит и при варке на еду обычных макаронных изделий, которые в результате становятся усвояемыми. Учёные же действовали с целью добиться особой тонкости волокон.

Создать нановолокна из муки оказалось сложнее, чем из взятого за основу чистого крахмала, из-за наличия белков и целлюлозы, которые влияют на вязкость раствора. Исследователи обнаружили, что наилучшие результаты даёт 17-процентный раствор муки в муравьиной кислоте. Сначала его нагревают в течение нескольких часов, а после охлаждают. Затем необычное тесто вытягивают через тонкую иглу с помощью электрополя, и пока волокно летит по воздуху к собирающей пластине, муравьиная кислота испаряется.

Клэнси объяснил, что крахмал в составе той же муки — очень перспективное вещество для использования.

Во-первых, он представляет собой второй по величине источник биомассы на Земле после целлюлозы, то есть недостатка в нём быть не может.

Во-вторых и в третьих, крахмал — возобновляемое и биоразлагаемое соединение. Как раз благодаря своей биоразлагаемости полученные нановолокна особенно интересны для медицинского применения.


— профессор Гарет Уильямс.

Итак, исследование показало, что обычную муку можно успешно преобразовывать в наноразмерные волокна без необходимости в тщательной очистке исходного вещества.

Возможность создавать функциональные наноматериалы таким способом открывает путь к более экологичным технологиям для применения в медицине и промышленности.