Ryhmä havaitsi, että luonnollinen proteiinirakenne, jota säilyttävät Australian, Singaporen ja Barbadosin eläinlajit lähes 400 miljoonan vuoden evoluution ajan, mahdollistaa liman siirtymisen nestemäisestä tilasta kuitumaiseen tilaan ja päinvastoin. Tämä löytö voisi avata tien seuraavan sukupolven kierrätettäville bioplastiikoille.
Wikimedia-kuva
"Luonto on jo löytänyt tavan valmistaa sekä kestäviä että kierrätettäviä materiaaleja", totesi Matthew Harrington, kemian professori ja Kanadan vihreän kemian tutkimusprofessuurin haltija, joka johti tutkimusta. Liman molekulaarisen rakenteen purkaminen samettikirpun limasta vie meitä lähemmäksi hetkeä, jolloin voimme jäljitellä tätä mekanismia käyttämiemme materiaalien kanssa."
Samettikirppu on eteläisen pallonpuoliskon kosteiden metsien eläin, joka muistuttaa toukkaa. Saaliinsa vangitsemiseksi se heittää limaa, joka muodostaa nopeasti kuituja, jotka ovat yhtä vahvoja kuin nailon. Nämä kuidut liukenevat veteen ja voivat sitten uudelleen muodostua. Tämän tutkimuksen toteuttamiseen asti liman käänteisen tilan selittävä molekulaarinen mekanismi oli mysteeri.
Proteiinisekvensoinnin ja tekoälyyn perustuvan rakenteen ennustamisen (AlphaFold-työkalu, jonka suunnittelusta myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 2024) avulla professori Harringtonin ryhmä löysi limasta aiemmin tuntemattomia proteiineja, jotka toimivat hieman kuin immuunijärjestelmän solureseptorit. Kuitujen muodostamiseksi reseptoriproteiinit sitoisivat yhteen suuria rakenteellisia proteiineja. Vertailtuaan kahta samettikirppualaryhmää, jotka eristyivät lähes 380 miljoonaa vuotta sitten, tutkimusryhmä osoitti näiden proteiinien evolutiivisen merkityksen ja toiminnallisen relevanssin.
Kierrätettävien materiaalien malli
Synteettiset kuidut ja muovit valmistetaan tyypillisesti öljypohjaisista esiasteista. Niiden valmistus ja kierrätys vaativat energiaintensiivisiä prosesseja ja usein lämpö- tai kemiallisia käsittelyjä. Samettikirppu puolestaan käyttää vain yksinkertaisia mekaanisia voimia, vetämistä ja venyttämistä, tuottaakseen kestäviä ja vahvoja kuituja biorenewable-esiasteista. Nämä kuidut voidaan sitten liuottaa ja käyttää uudelleen ilman haitallisten sivutuotteiden lisäämistä.
"Vesiin liukeneva muovipullo ei olisi kovin hyödyllinen, mutta voimme ratkaista tämän ongelman muuttamalla tämän sidontamekanismin kemiallisia ominaisuuksia", totesi Matthew Harrington.
Tutkimus on yhteistyö McGill-yliopiston ja Nanyangin teknillisen yliopiston tutkijoiden välillä Singaporessa. Ryhmä aikoo nyt suorittaa kokeita sidontavuorovaikutusten tutkimiseksi ja yrittää selvittää, voidaanko periaatetta soveltaa insinöörimateriaaleihin.