环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：FengLi他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACSMacroLetters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将LGO和Cyrene转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者ToshifumiSatoh教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424673.htm

科学家发明一种强度更高、可回收的塑料

科学家发明一种强度更高、可回收的塑料新的可生物降解聚酯由于其出色的化学和生物降解能力以及令人印象深刻的机械性能，有可能被用作一种可持续的、环境友好的热塑性材料，可以很容易地被回收。常见的高密度聚乙烯（HDPE）是一种特别坚固和耐用的材料。它的热塑性能归功于其分子链的内部结构，这些分子链以结晶方式排列，由于范德华力而产生了额外的吸引力。这些分子链也是纯碳氢化合物。结晶性和碳氢化合物含量的结合意味着有能力降解塑料的微生物无法进入分子链将其分解。德国康斯坦茨大学的StefanMecking及其同事的研究小组现在已经开发出一种聚酯，它的结晶度与高密度聚乙烯相似，而且还保留了其有益的机械性能。与聚乙烯不同，聚酯还含有理论上可以被化学或酶降解的功能团。然而，在正常情况下，聚酯的结晶度越高（即与高密度聚乙烯越相似），它就越不容易被生物降解。该团队对他们发明的结晶聚酯在接触到酶时的降解速度感到惊讶。Mecking解释说："我们用自然环境中存在的酶测试了降解，它比我们的参考材料快一个数量级。不仅仅是酶溶液降解了该材料：土壤微生物也能够完全堆肥该聚酯。"但究竟是什么让这种聚酯纤维具有如此特殊的生物降解性呢？研究小组能够确定乙二醇的重大贡献，乙二醇是聚酯的组成成分之一。Mecking补充说。"这种构件实际上在聚酯中非常常见。它提供了高熔点，但它也增加了这些类似聚乙烯材料的降解性"。由于其良好的化学和生物降解性，再加上其机械性能，这种新的聚酯可以作为一种可回收的热塑性材料找到应用，对环境的影响最小。Mecking补充说，最终目标是进行闭环化学回收，将塑料分解成原材料并生产新塑料。该团队设计的这种塑料的额外好处是，如果有任何材料在这个闭环中进入环境，它们可以进行生物降解，不会留下持久的影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345227.htm

韩国科学家研制出治疗骨骼破裂的新型“骨绷带”材料

韩国科学家研制出治疗骨骼破裂的新型“骨绷带”材料骨再生是一个复杂的过程，目前促进骨再生的方法，如移植物和应用生长因子，都面临着费用增加等挑战。然而，随着一种能够促进骨组织发育的压电材料的问世，这一研究取得了突破性进展。由材料科学与工程系（DMSE）SeungbumHong教授领导的KAIST研究小组于1月25日宣布，利用羟基磷灰石（HAp）独特的成骨能力，开发出了一种生物仿生支架，可在施加压力时产生电信号。这项研究是与全南国立大学聚合生物系统工程系的JanghoKim教授领导的团队合作进行的。HAp是一种存在于骨骼和牙齿中的基本磷酸钙物质。这种具有生物相容性的矿物质还具有防止蛀牙的作用，常用于牙膏中。骨再生领域的突破以往关于压电支架的研究证实了压电性在促进骨再生和改善各种聚合物基材料的骨融合方面的作用，但在模拟最佳骨组织再生所需的复杂细胞环境方面受到限制。然而，这项研究提出了一种新方法，利用HAp独特的成骨能力来开发一种模拟活体骨组织环境的材料。压电和地形生物仿生支架的设计和表征。(a)通过加入HAp的P（VDF-TrFE）支架提供的电学和地形学线索增强骨再生机制的示意图。(b)制作过程示意图。资料来源：KAIST材料成像与集成实验室研究小组开发了一种将HAp与聚合物薄膜融合在一起的制造工艺。通过对大鼠进行体外和体内实验，该工艺开发出的柔性独立支架在促进骨再生方面具有显著的潜力。了解骨再生原理研究小组还确定了其支架所依据的骨再生原理。他们利用原子力显微镜（AFM）分析了支架的电特性，并评估了与细胞形状和细胞骨骼蛋白形成有关的详细表面特性。他们还研究了压电性和表面特性对生长因子表达的影响。韩国科学技术院DMSE的Hong教授说："我们开发出了一种基于HAp的压电复合材料，它可以像'骨绷带'一样加速骨再生。他补充说："这项研究不仅为生物材料的设计提出了新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418833.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418833.htm

科学家发现能将有毒物质变成食物的酶

科学家发现能将有毒物质变成食物的酶现在发表在《自然-化学生物学》上的研究对象是两种海洋嗜热的甲烷菌。Methanothermococcusthermolithotrophicus（生活在65℃左右的地热沉积物中）和Methanocaldococcusjannaschii（喜欢85℃左右的深海火山）。它们通过产生甲烷获得细胞能量，并以其环境中存在的硫化物形式获得生长所需的硫。虽然硫化物对大多数生物来说是一种有毒物质，但它对甲烷菌来说是必不可少的，它们甚至可以容忍高浓度的硫化物。然而，它们的致命弱点是有毒和活性的硫化合物亚硫酸盐，它破坏了制造甲烷所需的酶。在它们的环境中，这两种被调查的生物体偶尔会接触到亚硫酸盐，例如，当氧气进入并与还原的硫化物反应时。它的部分氧化会导致亚硫酸盐的形成，因此，甲烷菌需要保护自己。但它们如何才能做到这一点呢？MarionJespersen与纯化的依赖F420的亚硫酸盐还原酶（Fsr）。黑色的颜色来自于参与反应的所有铁。实验是在厌氧室和人工光源下进行的，以保护酶不受氧气和日光的影响。资料来源：特里斯坦-瓦格纳/马克斯-普朗克海洋微生物学研究所来自德国不来梅的马克斯-普朗克海洋微生物研究所的MarionJespersen和TristanWagner，以及来自凯泽斯劳滕大学的AntonioPierik，现在提供了一个解毒亚硫酸的酶的快照。这种蝴蝶状的酶被称为依赖F420的亚硫酸盐还原酶或Fsr。它能够将亚硫酸盐转化为硫化物--一种甲烷菌生长所需的安全硫源。Jespersen和她的同事描述了该酶的工作原理。Jespersen解释说："该酶捕获亚硫酸盐，并直接将其还原为硫化物，例如，它可以被纳入氨基酸中，因此，甲烷菌不会中毒，甚至使用该产品作为其硫源。他们把有毒物质转化成了食物！"这听起来很简单。但事实上，Jespersen和她的同事们发现，他们所处理的复杂的重叠现象。"亚硫酸盐的还原有两种方式：异化和同化"，Jespersen解释说。"研究中的生物体使用了一种酶，它的构造类似于异化作用的酶，但它使用的是同化作用机制。可以说，它结合了两个世界的优点，至少对它的生活条件来说是如此"。据推测，来自异化和同化途径的酶都是从一个共同的祖先演变而来的。位于不来梅的马克斯-普朗克研究所的马克斯-普朗克研究小组微生物代谢负责人特里斯坦-瓦格纳补充说："亚硫酸还原酶是古老的酶，对全球硫和碳循环有重大影响。这种名叫Fsr的酶可能是这种古老的原始酶的一个快照，是进化过程中一个令人兴奋的回顾"。Fsr不仅开启了进化的意义，而且使我们能够更好地了解海洋微生物的迷人世界。只能在亚硫酸盐上生长的甲烷菌规避了使用危险的硫化物，即它们通常的硫磺底物。"这为研究这些重要的微生物提供了更安全的生物技术应用机会。"瓦格纳说："一个最佳的解决方案是找到一种能够还原硫酸盐的甲烷生成物，它便宜、丰富，而且是完全安全的硫源。"事实上，这种甲烷生成物已经存在，它就是Methanothermococcusthermolithotrophicus。研究人员假设，Fsr协调了这个硫酸盐还原途径的最后一个反应，因为它的中间产物之一将是亚硫酸。"我们的下一个挑战是了解它如何将硫酸盐转化为亚硫酸盐，以全面了解这些神奇的微生物的能力"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344481.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344481.htm

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有50%以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（MichaelDickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有50-60%的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或3D打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于6月19日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435551.htm

科学家利用古老技术改进植物奶酪

科学家利用古老技术改进植物奶酪经过仅仅八个小时的孵化，结果是一种坚硬的“奶酪状凝胶”，让人想起新鲜的软白奶酪。图片来源：哥本哈根大学食品科学系热爱乳制品的丹麦人每年平均消耗近三十公斤奶酪。但地球资源和气候变化的压力日益增大，要求我们的食物系统转向以植物为主的方向。因此，科学家们正在研究如何将豌豆和豆类等富含蛋白质的植物转化为新一代非乳制奶酪，这些奶酪具有与人类数千年来享用的乳制品相似的感官特性。几种植物奶酪已经上市。挑战在于，在尝试用植物蛋白制作奶酪时，植物蛋白的行为与牛奶蛋白不同。为了应对这一挑战，生产商添加淀粉或椰子油来硬化植物奶酪，并添加一系列调味剂，使其尝起来像奶酪。但事实证明，这可以在自然界最小生物的帮助下完成。在哥本哈根大学食品科学系的一项新研究成果中，研究人员卡门·马西亚(CarmenMasiá)成功开发出由黄豌豆蛋白制成的植物性奶酪，质地坚韧，香气特征得到改善。她能够通过使用与我们数千年来用于牛奶制成的奶酪相同的细菌自然发酵过程来做到这一点。“发酵是一种极其强大的工具，可以增强植物性奶酪的风味和质地。在这项研究中，我们表明细菌可以在很短的时间内增强非乳制奶酪的硬度，同时减少黄豌豆蛋白的豆样香气，而黄豌豆蛋白是主要且唯一的蛋白质来源。”卡门·马西亚。该结果建立在同一位研究人员去年的一项研究结果的基础上，该研究人员发现黄豌豆蛋白是制作发酵植物性奶酪的良好“蛋白质基础”。在新的结果中，研究人员检验了由生物技术公司Chr.提供的细菌培养物制成的24种细菌组合。汉森，CarmenMasiá正在那里完成她的工业博士学位。“这项研究的重点是将适合植物性原材料发酵的市售细菌培养物结合起来，并在豌豆蛋白基质中对其进行测试，以开发出适合植物性原料的味道和质地。类似奶酪的产品。而且，即使某些细菌组合比其他细菌组合表现得更好，但它们实际上都提供了坚固的凝胶并减少了样品中的豆质”，研究人员说。为了研究细菌组合的行为，科学家将它们接种到由黄豌豆蛋白制成的蛋白基质中。经过仅仅八个小时的发酵，其结果是一种坚硬的“奶酪状凝胶”，让人想起新鲜的软白奶酪。“所有细菌混合物都会产生坚固的凝胶，这意味着人们可以获得发酵诱导的凝胶，而无需在基质中添加淀粉或椰子油。从香气的角度来看，我们有两个目标：减少黄豌豆豆味特征的化合物，并生产乳制品奶酪中常见的化合物。在这里，我们看到一些细菌比其他细菌更擅长产生某些挥发性化合物，但它们都可以很好地减少豆味——这是一个非常积极的结果。此外，所有混合物都不同程度地获得了乳制品香气”，CarmenMasiá解释道。研究人员指出，在实现这种植物性奶酪之前还有很长的路要走，但这项研究已走在正确的轨道上。据她介绍，必须开发定制的细菌组合物和培养物，才能实现最佳的奶酪样特性。此外，植物性奶酪可能需要随着时间的推移而成熟，以便形成风味和特性，就像乳制品奶酪一样。最后，新一代发酵植物奶酪必须经过消费者的评判，使风味更加完美。总而言之，这是为了使植物性奶酪变得如此美味，以至于人们寻找并购买它们。“目前最具挑战性的事情是，虽然有很多人想吃植物性奶酪，但他们对其味道和口感并不满意。最终，这意味着，无论一种食品多么可持续、多么有营养等，如果它在消费时不能提供良好的体验，人们就没有兴趣购买它。”CarmenMasiá说道，她补充道：“我们需要记住，乳制品奶酪的生产已经被研究了很多年，所以我们不能用完全不同的原材料一夜之间模仿。尽管如此，仍有许多科学家和公司在该领域取得了巨大进展。我希望在接下来的几年里，我们能够更接近于生产出味道好的非乳制奶酪。”该研究是食品科学系和微生物配料供应商Chr.合作进行的。汉森是一家生物科学公司，为食品和制药行业等生产原料。发酵是一项起源于中国的古老技术。如今，它被用来生产啤酒、葡萄酒、奶酪、药品等。发酵食品通过启动发酵过程来保存，在发酵过程中形成天然乳酸菌和酶。这是因为微生物将所选食物中的糖转化为乳酸、乙酸和二氧化碳。这使得食物呈酸性并防止腐败和致病细菌的生长。关于卷心菜发酵的第一个文字证据是在中国最古老的诗集《诗经》中发现的，其历史可以追溯到大约公元前600年。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388451.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388451.htm