Для создания сверхпластичного биопластика с кровоостанавливающими свойствами и способностью хранить информацию, китайские химики использовали структурные белки, содержащие большое количество лизина.
Биопластик представляет собой экологически безопасную замену традиционному пластику, поскольку он изготавливается из возобновляемых ресурсов биомассы, в то время как обычный пластик производится из нефтехимического сырья. Для производства биопластика могут использоваться крахмал, растительные масла и жиры, полимолочная кислота и другие компоненты. Тем не менее, биопластики зачастую характеризуются ограниченной прочностью, недостаточной биосовместимостью и/или слабой биоразлагаемостью. К тому же, их изготовление нередко предполагает использование сложных, затратных в энергетическом плане процессов и химических веществ, что в конечном итоге делает производство не менее вредным для окружающей среды, чем производство обычного пластика.
Китайские ученые разработали альтернативный способ изготовления биопластика, в котором в качестве исходного сырья используются два структурных белка, содержащих большое количество аминокислоты лизина. Первый из них состоит из 72 повторов полипептида, схожего с эластином – белком соединительной ткани. Он не обладает фиксированной трехмерной структурой, что обеспечивает прочность и эластичность материала. Второй белок состоит из пяти подобных полипептидов эластина и кристаллического фрагмента белка кальмара, формирующего структуру β-листа: это обеспечивает жесткость и механическую прочность биопластика.
Для получения значительных количеств белков исследователи использовали микробные системы, после чего очищали их и проводили химическую сшивку с полиэтиленгликолем через боковые группы лизина. Данная технология позволяет создавать прочный, прозрачный и устойчивый к растворителям биопластик, жесткость которого варьируется в зависимости от количества добавленного полиэтиленгликоля. Это обеспечивает возможность производства биопластиков с высокой механической прочностью при комнатной температуре в любой необходимой форме, исключая использование токсичных химикатов и сложных технологических процессов. Их прочность на разрыв превосходит показатели многих коммерческих пластиков.
Обычные пищевые красители могут быть использованы для придания цвета новому биопластику, а фермент эластаза способствует его разрушению. Белковый биопластик также подходит для герметизации ран благодаря своим кровоостанавливающим свойствам. Чтобы оценить его биосовместимость и биоразлагаемость, ученые провели исследования на мышах, которые показали, что импланты успешно способствуют заживлению ран и полностью распадаются в течение нескольких недель.
Созданный материал также может использоваться для записи информации, кодируемой последовательностью аминокислот, входящих в состав белков. Преимущество такого подхода заключается в более высокой плотности хранения данных по сравнению с системами на основе ДНК, поскольку аминокислот больше, чем нуклеотидов. В результате, для кодирования одинакового объема информации требуется меньше битов.
Статья с описанием новой технологии опубликована в журнале Angewandte Chemie.