«Большинство компаний, изучающих этот тип материалов, сосредоточили свое внимание на синтетических пластмассах», — сказал Мелик Демирель, профессор инженерных наук и механики. «Синтетические пластмассы нельзя быстро использовать в полевых условиях, и, что более важно, они не являются экологически чистыми».Демирель и его команда изучили белковый комплекс, который существует в кольцевых зубах кальмаров (SRT). Естественным образом полученный материал является термопластом, но для его получения требуется много усилий и много кальмаров.
«У нас есть генетическая последовательность шести кальмаров, собранных по всему миру, но мы начали с европейского обыкновенного кальмара», — сказал Демирель, который со своей командой собирал головоногих моллюсков.Исследователи изучили генетическую последовательность молекулы белкового комплекса и попытались синтезировать различные белки из комплекса. Некоторые из них не были термопластами, но другие демонстрируют стабильный термический отклик, например, белок SRT с наименьшей известной молекулярной массой был термопластом. Результаты их работы были опубликованы в сегодняшнем (17 декабря) выпуске Advanced Functional Materials и иллюстрируют обложку.
Большинство пластмасс в настоящее время производится из ископаемых источников топлива, таких как сырая нефть. Некоторые высококачественные пластмассы изготавливаются из синтетических масел. Термопласты — это полимерные материалы, которые могут плавиться, формироваться и затем затвердевать, как тот же материал, без ухудшения свойств материалов.Этот конкретный термопласт может быть изготовлен либо как термопласт, нагрет и экструдирован, либо отформован, либо пластик может быть растворен в простом растворителе, таком как уксусная кислота, и использован при отливке пленки.
Материал также может использоваться в машинах для 3D-печати в качестве исходного материала для создания сложных геометрических структур.Для производства этой небольшой синтетической молекулы SRT исследователи использовали рекомбинантные методы. Они вставили гены белка SRT в E. coli, чтобы эти обычные, безвредные бактерии могли производить молекулы пластика в рамках своей нормальной деятельности, а затем термопласт был удален из среды, в которой обитала E. coli.
Уэйн Кертис, профессор химического машиностроения, и Демирель, участвовавшие в этом проекте, вместе со своими учениками работали над этим аспектом проекта.«Следующее поколение материалов будет зависеть от молекулярного состава — последовательности, структуры и свойств», — сказал Демирель.
Термопласт, созданный исследователями, является полукристаллическим и может быть жестким или мягким. Он имеет очень высокую прочность на разрыв и является влажным клеем; он будет прилипать к вещам, даже если он влажный.
Этот термопластичный белок имеет множество настраиваемых свойств, которые можно регулировать в соответствии с индивидуальными требованиями производства. Поскольку это белок, его можно использовать в медицинских или косметических целях.
«Прямая экстракция или рекомбинантная экспрессия термопластов на основе белков открывает новые возможности для производства и синтеза материалов, которые в конечном итоге будут конкурентоспособными с высококачественными пластиками на основе синтетических масел», — сообщают исследователи.