Шведські вчені перетворили волокна сироваткового білка на термосабільний пористий матеріал. Він витримує нагрів до 180 градусів Цельсія, і після нагрівання навіть стає міцніше через утворення ізопептидних зв'язків між сусідніми білковими ланцюгами. Результати дослідження опубліковані в журналі
Пористі термостабільні матеріали потрібні скрізь: в автомобільних каталізаторах і паливних фільтрах, пристроях із захоплення вуглекислого газу і промислових каталізаторах. А ось виготовити такі матеріали не так просто - більшість органічних полімерів при температурі вище ста градусів Цельсія поступово розм'якшуються і втрачають пористість, а потім і зовсім починають плавитися.
Шведські матеріалознавці під керівництвом Мікаеля Хеденквіста (Mikael S. Hedenqvist) з Королівського технологічного інституту в Стокгольмі запропонували робити термостабільний пінопласт з білкових нанофібрил (Protein nanofibrils, PNF) - волокон, які виходять при гідролізі білків. Нанофібрили не вперше використовують при створенні матеріалів - наприклад, минулого року швейцарські вчені зробили з них аерогель для очищення води. Матеріали на основі PNF мають хорошу механічну міцність, але поступово руйнуються при контакті з водою. Щоб стабілізувати PNF у водному середовищі, вчені використовують різні реакції «сшивки», тобто з'єднують сусідні волокна між собою.
Для отримання матеріалу Хеденквіст і його колеги використовували ізолят сироваткового білка - побічний продукт виробництва молочних продуктів. До ізоляту додавали хлороводневу кислоту, потім суміш пропускали через мембрани для діалізу і залишали на двадцять чотири години при температурі 80 градусів Цельсія. Після цього розчин впарювали і заморожували на 72 години, а потім переносили у вакуумну камеру для повільного випаровування розчинника. Автори експериментували з концентрацією ізоляту і формою нанофібрил. З розбавленого розчину вони виростили більш довгі прямі волокна, а з більш насиченого - короткі хвилясті волокна. До деяких зразків також додали від 25 до 50 масових відсотків гліцерину, щоб збільшити їх пластичність і здатність до звернених деформацій при розтягненні.
Всі сироваткові пінопласти показали відмінну термічну стабільність: вони витримували нагрів до 180 градусів Цельсія протягом двадцяти чотирьох годин, зберігши об'єм і форму. Комерційно доступні пластики в тих же умовах були менш стабільні. Зразки з поліетилену і полістиролу повністю розплавилися, а зразок з поліуретану значно змінив текстуру. Автори особливо відзначили, що при займанні сироваткового пінопласту не утворюється рідкий розплав. У разі загоряння такі матеріали менш небезпечні для людини і їх легше загасити.
Крім того, виявилося, що високі температури роблять сироватковий пінопласт міцніше - наприклад, після місяця нагрівання до 150 градусів Цельсія модуль пружності деяких зразків збільшився більш, ніж у п'ять разів. Стабільність у воді та інших розчинниках теж значно підвищилася: наприклад, обпалений сироватковий пінопласт повністю зберіг форму після тридцяти хвилин у водному розчині лауретсульфату натрію (необпалений зразок за цей час повністю розчинився). Автори пояснюють таке зміцнення матеріалу виникненням додаткових ізопептидних зв'язків між сусідніми ланцюгами. Цікаво, що зразки з гліцерином до нагрівання мали низьку міцність, але після нагрівання стали навіть більш міцними, ніж зразки без гліцерину.
На думку дослідників, пінопласти на основі сироваткового білка можуть стати дешевою та екологічною заміною поліуретану та іншим термостабільним матеріалам.
Від редактора
Спочатку в заголовку і тексті новини була допущена помилка. «Термостабільні» матеріали були названі «термостійкими». Це два різних терміни, Термостабільністю називають здатність матеріалів витримувати високі температури, а термостійкістю - здатність протистояти напругам, викликаним зміною температури. Також не варто плутати ці терміни з терміном «термопласт» - так називають будь-який полімерний матеріал, який при нагріванні звернемо переходить у високоеластичний стан.
Минулого місяця британські хіміки опублікували статтю про самопостачальну плівку на основі соєвого білка. Завдяки регулярному розташуванню поліпептидних ланцюгів, такий матеріал має високу міцність навіть без додаткового хімічного зшивання.