بلاستيك من بروتين الصويا يحاكي حرير العنكبوت
ابتكر باحثون من جامعة كامبريدج البريطانية "فيلم بوليمر" عن طريق محاكاة خواص حرير العنكبوت، وهو أحد أقوى المواد في الطبيعة.
والمواد الجديدة قوية مثل العديد من المواد البلاستيكية الشائعة المستخدمة اليوم، ويمكن أن تحل محل البلاستيك في العديد من المنتجات المنزلية الشائعة.
وتم إنشاء المادة باستخدام نهج جديد لتجميع البروتينات النباتية من مواد تحاكي الحرير على المستوى الجزيئي، وتجميعها في فيلم يشبه البلاستيك، ويمكن تصنيعه على نطاق صناعي، وسيتم تسويق المنتج الجديد بواسطة Xampla، وهي شركة تابعة لجامعة كامبريدج تعمل على تطوير بدائل للبلاستيك المستخدم في المنتجات اليومية، وتم نشر النتائج في مجلة "نيتشر كومينيكيشن".
وتعود قصة هذا النوع الجديد من البلاستيك لسنوات عديدة، حيث كان البروفيسور توماس نولز في قسم الكيمياء يبحث في سلوك البروتينات، وركز الكثير من أبحاثه على ما يحدث عندما تسيء البروتينات التصرف، وكيف يرتبط ذلك بالصحة والأمراض البشرية، ومنها مرض ألزهايمر في المقام الأول.
ويقول نولز، الذي قاد البحث الحالي: "نحن نتحرى عادةً كيف تسمح لنا التفاعلات الوظيفية للبروتين بالبقاء في صحة جيدة وكيف تتورط التفاعلات غير المنتظمة في مرض ألزهايمر، ولقد كانت مفاجأة عندما وجدنا أن بحثنا يمكن أن يعالج أيضاً مشكلة كبيرة في الاستدامة: وهي مشكلة التلوث البلاستيكي".
وكجزء من أبحاثهم المتعلقة بالبروتين، أصبح نولز ومجموعته مهتمين بالسبب الذي يجعل مواد مثل حرير العنكبوت قوية جداً، ووجدنا أن إحدى السمات الرئيسية التي تمنح حرير العنكبوت قوته هي الروابط الهيدروجينية التي يتم ترتيبها بانتظام وبكثافة عالية جداً".
وبدأ المؤلف المشارك الدكتور مارك رودريغيز جارسيا، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة نولز والذي يشغل الآن منصب رئيس قسم البحث والتطوير في شركة Xampla ، في البحث في كيفية تكرار هذا التجميع الذاتي المنتظم في بروتينات أخرى، فالبروتينات لديها ميل للتنظيم الذاتي الجزيئي والتجميع الذاتي، والبروتينات النباتية على وجه الخصوص وفيرة ويمكن الحصول عليها بشكل مستدام كمنتجات ثانوية لصناعة الأغذية.
ويقول جارسيا: "لا يُعرف سوى القليل جداً عن التجميع الذاتي للبروتينات النباتية، ومن المثير معرفة أنه من خلال ملء هذه الفجوة المعرفية، يمكننا إيجاد بدائل للمواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد".
ونجح الباحثون في تكرار الهياكل الموجودة على حرير العنكبوت باستخدام عزل بروتين الصويا، وهو بروتين بتركيبة مختلفة تماماً.
ويوضح أنه "نظراً لأن جميع البروتينات مصنوعة من سلاسل متعددة الببتيد، فيمكننا في ظل الظروف المناسبة أن نجعل البروتينات النباتية تتجمع بنفسها تماماً مثل حرير العنكبوت، وفي العنكبوت، يذوب بروتين الحرير في محلول مائي، والذي يتجمع بعد ذلك في ألياف قوية للغاية من خلال عملية الغزل التي تتطلب القليل جدًا من الطاقة".
واستخدم الباحثون عزل بروتين الصويا (SPI) كبروتين نباتي، لأنه متاح بسهولة كمنتج ثانوي لإنتاج زيت فول الصويا، وتستخدم التقنية الجديدة مزيجاً صديقاً للبيئة من حمض الأسيتيك والماء، جنباً إلى جنب مع الموجات فوق الصوتية ودرجات الحرارة المرتفعة لتحسين قابلية ذوبان البروتين.
