Тоньше волоса в 200 раз: химики создали рекордно тонкие спагетти

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Можно ли представить себе спагетти тоньше человеческого волоса? В 200 раз тоньше? Учёные из Университетского колледжа Лондона не только представили, но и создали такие «наноспагетти», открывая новые горизонты в материаловедении. И хотя эта «паста» не предназначена для кулинарных экспериментов, её потенциал в медицине и промышленности огромен.

Секрет кроется в нановолокнах — ультратонких нитях, обладающих уникальными свойствами. Особенно перспективны нановолокна из крахмала, природного полимера, используемого растениями для хранения энергии. Они биоразлагаемы, биосовместимы и могут найти применение в регенеративной медицине, например, в качестве основы для выращивания новых тканей или пористых перевязочных материалов.

Наноспагетти, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Традиционное получение крахмальных нановолокон энергозатратно и требует больших объёмов воды, поскольку включает в себя сложный процесс экстракции и очистки крахмала из растительных клеток. Лондонские учёные предложили более элегантный и экологичный подход: создавать нановолокна непосредственно из муки, широкодоступного и богатого крахмалом продукта.

(a) Схема синтеза мучных изделий с диаграммой распада исходной структуры крахмала на свободные цепи с последующим спутыванием при охлаждении, сопровождаемая цифровыми фотографиями. (b) Схема процесса электроспиннинга. (c) Цифровые фотографии (i) электропряденого нановолоконного мата, (ii и iii) отдельно стоящих материалов, согнутых для подчеркивания гибкости и отдельно стоящей природы. Цитирование: Beatrice Britton, Fangyuan Zhang, David B. Anthony, Ceasar III D. L. Reyes, Michal Pawlus, Gareth R. Williams, Adam J. Clancy; Nanoscale Adv., 2024, Advance Article
Автор: Beatrice Britton et al. Источник: pubs.rsc.org

В своей работе, опубликованной в Nanoscale Advances, исследователи описывают метод электроспиннинга, с помощью которого им удалось получить «наноспагетти» диаметром всего 372 нанометра. Этот метод напоминает приготовление обычных спагетти, но вместо продавливания теста через фильеру, мучная смесь «вытягивается» электрическим полем через кончик иглы. Получившиеся нити настолько тонки, что их невозможно разглядеть в обычный оптический микроскоп, для изучения их структуры потребовался сканирующий электронный микроскоп.

(a-e) СЭМ-микрофотографии нановолоконной ткани, полученной электропрядением из 17 весовых процентов муки, растворенной в ФА при 32 °C в течение 6 ч и охлажденной в течение 1 ч. (f) Гистограмма диаметров волокон с диапазонами 25 нм и ±1 стандартным отклонением от среднего значения, представленная в виде цветных полос. Цитирование: Beatrice Britton, Fangyuan Zhang, David B. Anthony, Ceasar III D. L. Reyes, Michal Pawlus, Gareth R. Williams, Adam J. Clancy; Nanoscale Adv., 2024, Advance Article — (a-e) СЭМ-микрофотографии нановолоконной ткани, полученной электропрядением из 17 весовых процентов муки, растворенной в ФА при 32 °C в течение 6 ч и охлажденной в течение 1 ч. (f) Гистограмма диаметров волокон с диапазонами 25 нм и +-1 стандартным отклонением от среднего значения, представленная в виде цветных полос. Цитирование: Beatrice Britton, Fangyuan Zhang, David B. Anthony, Ceasar III D. L. Reyes, Michal Pawlus, Gareth R. Williams, Adam J. Clancy; Nanoscale Adv., 2024, Advance Article
Автор: Beatrice Britton et al. Источник: pubs.rsc.org

Интересно сравнить «наноспагетти» с su filindeu («нити Бога») — самой тонкой пастой, производимой вручную на Сардинии. Даже эта «божественная» паста в тысячу раз толще своего наноаналога!

Ключевой элемент технологии — использование муравьиной кислоты. Она разрушает сложные структуры крахмала, превращая его в «строительный материал» для нановолокон. Подобный процесс происходит и при варке обычных макарон, делая их усваиваемыми. Муравьиная кислота испаряется в процессе электроспиннинга, оставляя чистые крахмальные нити.

(a) АТР-ИК-спектры, (b) термограммы ТГА в проточном N2 с нагревом 10 °C мин-1, производные представлены в ESI рис. S2,† (c) дифрактограммы XRD с использованием Mo Kα (0,71 Å), (d) измерения контактного угла нановолоконного мата (перенесенного на предметное стекло) в зависимости от времени с шагом 2 с в течение первых 12 с (i-vii) и через 20 с (viii). Цитирование: Beatrice Britton, Fangyuan Zhang, David B. Anthony, Ceasar III D. L. Reyes, Michal Pawlus, Gareth R. Williams, Adam J. Clancy; Nanoscale Adv., 2024, Advance Article
Автор: Beatrice Britton et al. Источник: pubs.rsc.org

Хотя «наноспагетти» вряд ли появятся в поваренных книгах, их потенциал огромен. Дальнейшие исследования направлены на изучение их взаимодействия с живыми клетками и скорости биоразложения. Возможно, в будущем эти невидимые глазу нити станут основой для новых биоматериалов, способных восстанавливать поврежденные ткани и органы.